Dạng 20: Cách giải bài tập thí nghiệm thực hành Vật Lí 9 cực hay

Bài 1: Cho các dụng cụ sau: Một nguồn điện có hiệu điện thế không đổi chưa biết, một ampe kế có điện trở nhỏ R_A, một điện trở R₁ chưa biết giá trị, một điện trở R₀ đã biết giá trị, dây dẫn có điện trở nhỏ không đáng kế. Biết rằng R₁ và R₀ đủ lớn. Hãy nêu phương án thực nghiệm để xác định giá trị R₁ và R_A.

Hướng dẫn giải:

Mắc mạch như hình vẽ:

- Đọc số chỉ I_A1 của ampe kế

Mắc mạch như hình vẽ:

- Đọc số chỉ I_A2 của ampe kế

Lấy (1): (2) ta được

Mắc mạch như hình vẽ:

- Đọc số chỉ I_A3 của ampe kế

Từ (1), (3) và (4) sẽ xác định được R_A

Bài 2: Cho mạch điện như hình 2. Hiệu điện thế đặt vào hai đầu A, B có giá trị U không đổi. Biết R₁ = R₂ = R₃ = R₄ = R₀.

1. Mắc vào hai điểm B, D một ampe kế lí tưởng. Hãy tính:

a) Điện trở tương đương của đoạn mạch A_B theo R₀.

b) Số chỉ của ampe kế theo U và R₀.

2. Tháo ampe kế ra khỏi B, D. Dùng vôn kế có điện trở r₀ lần lượt đo hiệu điện thế giữa hai đầu các điện trở R₁, R₂ thì số chỉ vôn kế tương ứng là U_V1, U_V2. Tính tỉ số U_V1/U_V2.

3. Dùng vôn kế trên đo hiệu điện thế giữa hai đầu A, B thì số chỉ vôn kế là 100V. Sau đó lần lượt đo hiệu điện thế giữa hai đầu mỗi điện trở thì thu được số liệu như bảng bên. Biết rằng trong các số liệu ở bảng bên có một giá trị bị ghi sai.

Hiệu điện thế	UAC	UCB	UAD	UDC
Giá trị	24V	26V	10V	10V

a) Tính tỉ số R₀/r₀.

b) Giá trị hiệu điện thế nào ở bảng trên bị sai? Giá trị đúng của nó là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải:

Do R_A = 0 nên chập B trùng D.

Xét tại nút B có: I_A = I - I₂

Mắc vôn kế vào AC ta được mạch:

Mắc vôn kế vào CB ta được mạch:

R_AB = R_AC + R_CB

Do vai trò của điện trở R3, R4 là như nhau nên các HĐT đo trên các điện trở này được đo đúng. Khi Vôn kế mắc song song với R3 ta có mạch sau:

→ U_R3 = U_AD

Thay U = 100V và U_R3 = 10V vào ta được:

Theo kết quả phần 2 ta được:

U_R1 = U_AC = I. R_AC

→ HĐT đo trên điện trở R₂ bị đo sai. Giá trị đúng là:

U_R1 = I. R_CB

Bài 3: Có hai điện trở R₁, R₂. Thực hiện mắc nối tiếp hai điện trở để được đoạn mạch thứ nhất và thực hiện mắc song song hai điện trở để được đoạn mạch thứ hai. Hình vẽ bên là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện qua mạch chính vào hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch khi làm thí nghiệm lần lượt với mỗi đoạn mạch trên.

a) Đoạn mạch nào có điện trở lớn hơn? Xác định đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện qua mạch chính vào hiệu điện thế hai đầu đoạn mạch thứ nhất (là đồ thị a hay b? ).

b) Hãy vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện vào hiệu điện thế khi làm thí nghiệm lần lượt với mỗi điện trở.

Hướng dẫn giải:

Đoạn mạch thứ nhất có điện trở: R₁ + R₂;

Đoạn mạch thứ hai có điện trở:

Xét hiệu: (R1 + R2) -

(do R₁, R₂ là các số không âm).

⇒ Đoạn mạch mắc nối tiếp có điện trở lớn hơn

Từ I = U/R ⇒ Có cùng hiệu điện thế thì đoạn mạch có điện trở lớn hơn có cường độ bé hơn ⇒ (b) là đồ thị của đoạn mạch nối tiếp (đoạn thứ nhất).

Từ (b) qua (10,2) được: R₁ + R₂ = 5 (1)

Từ (a) qua (10,25/3) được

Giải hệ trên:

Thay (1) vào (2) được R₁R₂ = 6.

Thay R₂ = 5 - R₁ vào trên được: R₁(5 - R₁) = 6 ⇔ R₁² - 5R₁ + 6 = 0.

Giải phương trình bậc hai được R₁ = 3 hoặc R₁ = 2.

Kết luận: Hai điện trở có giá trị là 2 (Ω ) và 3 (Ω ).

b) Đồ thị của điện trở R₁ là

Đồ thị của điện trở R₂

Bài tập trắc nghiệm tự luyện

Bài 1: Nêu một phương án thực nghiệm xác định điện trở của một ampe kế. Dụng cụ gồm: một nguồn điện có hiệu điện thế không đổi, một ampe kế cần xác định điện trở, một điện trở R₀ đã biết giá trị, một biến trở con chạy Rb có điện trở toàn phần lớn hơn R₀, hai công tắc điện K₁ và K₂, một số dây dẫn đủ dùng. Các công tắc điện và dây dẫn có điện trở không đáng kể.

Chú ý: Không mắc ampe kế trực tiếp vào nguồn.

Hiển thị đáp án

- Bố trí mạch điện như hình vẽ

- Bước 1: Chỉ đóng K₁, số chỉ am pe kế là I₁. Ta có: U = I₁(R_A + R₀)

- Bước 2: Chỉ đóng K₂ và dịch chuyển con chạy để ampe kế chỉ I₁. Khi đó phần biến trở tham gia vào mạch điện có giá trị bằng R0.

- Bước 3: Giữ nguyên vị trí con chạy của biến trở ở bước 2 rồi đóng cả K₁ và K₂, số chỉ ampe kế là I₂.

Ta có: U = I₂(R_A + R₀/2) (2)

- Giải hệ phương trình (1) và (2) ta tìm được: .

Bài 2: Hình vẽ bên là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện vào hiệu điện thế khi làm thí nghiệm lần lượt với hai điện trở khác nhau, trong đó đường (1) là đồ thị vẽ được khi dùng điện trở thứ nhất và đường (2) là đồ thị vẽ được khi dùng điện trở thứ hai. Nếu mắc hai điện trở này nối tiếp với nhau và duy trì hai đầu mạch một hiệu điện thế không đổi U = 18V thì cường độ dòng điện qua mạch là bao nhiêu?

Hiển thị đáp án

Từ đồ thị (1) ta thấy khi U = 12 V thì I = 4 A. Vậy điện trở R1 có giá trị là:

Từ đồ thị (2) ta thấy khi U = 24 V thì I = 4 A. Vậy điện trở R2 có giá trị là:

Khi hai điện trở mắc nối tiếp thì điện trở tương đương là: R₁₂ = R₁ + R₂ = 9 Ω.

Cường độ dòng điện qua hai điện trở khi mắc vào hiệu điện thế 18 V là:

Bài 3: 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.

Hiển thị đáp án

- 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 4: 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?

Hiển thị đáp án

- 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:

- Khi U₁₃ = 15 (V) thì U₁₂ = 6 (V) và U₂₃ = 9 (V).

Ta có:

- Khi U₂₃ = 15 (V) thì U₂₁ = 10 (V) và U₁₃ = 5 (V).

Ta có:

Từ (1) và (2) suy ra: R₁ là điện trở nhỏ nhất

⇒ R₁ = R, R₂ = 3R, R₃ = 1,5R.

Khi U₁₂ = 15 (V).

Ta có:

Mặt khác: U₁₃ + U₃₂ = U₁₂ = 15 (V) (**)

Từ (*) và (**) ta có: U₁₃ = 3,75 (V); U₃₂ = 11,25 (V).

Cách 2:

- Khi U₁₃ = 15 (V) thì U₁₂ = 6 (V) và U₂₃ = 9 (V).

Ta có:

- Khi U₂₃ = 15 (V) thì U₂₁ = 10 (V) và U₁₃ = 5 (V).

Ta có:

Từ (1) và (2) suy ra: R₂ là điện trở nhỏ nhất

⇒ R₂ = R, R₁ = 3R, R₃ = 2R.

- Khi U₁₂ = 15 (V).

Ta có:

Mặt khác: U₁₃ + U₃₂ = U₁₂ = 15 (V) (****)

Từ (***) và (****) ta có: U₁₃ = 3,75 (V); U₃₂ = 11,25 (V).

Bài 5: Có một hộp đen với 2 đầu dây dẫn ló ra ngoài, bên trong hộp có chứa ba điện trở loại 1Ω ; 2Ω và 3Ω. Với một ắcquy 2V, một ampe-kế (giới hạn đo thích hợp) và các dây dẫn, hãy xác định bằng thực nghiệm để tìm sơ đồ thực của mạch điện trong hộp.

Hiển thị đáp án

Ba điện trở này có thể mắc với nhau theo các sơ đồ sau:

Mắc hộp kín vào mạch điện theo sơ đồ bên

Với U = 2V. Đọc số chỉ của ampe kế là I.

⇒ R_n = U/I = 2/I. So sánh giá trị của R_n với giá trị ở các sơ đồ trên suy ra mạch điện trong hộp.

Bài 6: 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).

Hiển thị đáp án

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

Ta có:

và

Lập bảng giá trị sau:

x	0	R/4	R/2	3R/4	R
ya	0	R/5	R/3	3R/7	R/2
yb	0	3R/16	R/4	3R/16	0

Bài 7: Một hộp kín chứa nguồn điện có hiệu điện thế U không đổi được mắc nối tiếp với điện trở R₀. Hộp có hai đầu dây ra ngoài là A và B, K là cái ngắt điện (hình 3). Hãy trình bày cách xác định giá trị U và R₀ với các dụng cụ cho dưới đây khi không mở hộp:

- Một vôn kế và một ampe kế không lý tưởng.

- Một biến trở và các dây nối.

Chú ý: Không được mắc trực tiếp hai đầu của ampe kế vào A và B đề phòng trường hợp dòng điện quá lớn làm hỏng ampe kế.

Hiển thị đáp án

Mắc mạch điện theo sơ đồ hình 4.1

Điều chỉnh biến trở R ở môt giá trị nào đó, ampe kế A chỉ dòng điện I' và vôn kế V chỉ hiệu điện thế U' thì điện trở RA của ampe kế là:

Mắc mạch điện như sơ đồ hình 4.2,

Điều chỉnh R đến một giá trị nào đó, khi đó số chỉ của vôn kế là U₁ và số chỉ của ampe kế là I₁

Ta có: U = U₁ + (R_A + R₀). I₁

Lại điều chỉnh R đến một giá trị khác, vôn kế chỉ U₂, ampe kế chỉ I₂.

Ta lại có: U = U₂ + (R_A + R₀). I₂

Hệ phương trình (2)(3) có hai ẩn số là U và R₀, giải ra ta được:

Và

Bài 8:

a) Dây nung của bếp điện hoặc dây tóc của bóng điện dùng lâu ngày sẽ bị đứt ở vị trí có tiết diện nhỏ nhất. Vì sao?

b) Khi tích điện cho một vật bằng kim loại người ta nhận thấy các tính chất sau:

- Điện tích chỉ tập trung ở bề mặt và chủ yếu là những chỗ lồi, nhọn của vật.

- Hiệu điện thế giữa hai điểm bất kì trên bề mặt vật luôn luôn bằng 0.

Hãy giải thích nguyên nhân của các tính chất trên.

Hiển thị đáp án

a) Điện trở của dây

Do đó, ở nơi có S nhỏ nhất thì điện trở phân bố lớn nhất.

+ Theo công thức toả nhiệt Q = I²Rt suy ra nơi có S nhỏ nhất sẽ toả nhiệt nhiều nhất, vì vậy nơi đó luôn luôn bị nóng hơn, bị nóng chảy và đứt trước.

b) Các điện tích cùng dấu thì đẩy nhau. Ngoài ra, kim loại là vật dẫn nên điện tích chuyển động tự do được trong thể tích của nó. Vì vậy, sau khi tích điện thì điện tích “đẩy nhau” ra xa và nằm ở mặt ngoài của vật (xa nhau nhất), và các phần lồi hay mũi nhọn là “xa” nhất nên phân bố mật độ điện tích lớn hơn.

+ Khi các điện tích đã nằm cân bằng thì hiệu điện thế hai điểm bất kì phải bằng 0, vì nếu ngược lại (U  0) thì các điện tích sẽ tiếp tục chuyển động từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp.

Bài 9:

a) Để đo cường độ dòng điện qua điện trở R = 250 Ω người ta đo gián tiếp qua 2 Vônkế mắc nối tiếp như hình 2. Vônkế 1 có điện trở là R₁ = 5 kΩ chỉ số U₁ = 20 V còn Vônkế 2 chỉ số U₂ = 80 V. Hãy xác định I mạch chính và sai số của giá trị I mạch chính tìm được do chịu ảnh hưởng của dụng cụ đo là bao nhiêu %?

b) Một mạch điện có n điểm nút. Giữa 2 điểm nút bất kì bao giờ cũng có một điện trở R. Hãy xác định công suất tiêu thụ của mạch khi nối 2 điểm bất kì nào đó với hiệu điện thế bằng U không đổi. Áp dụng khi n = 5; R = 10 Ω ; U = 4 V.

Hiển thị đáp án

a) I = I_v + I_R = U₁/R₁ + (U₁ + U₂)/R = 0,404 A.

Nếu không có Vôn kế hoặc điện trở Vôn kế vô cùng lớn thì I₀ = (U₁ + U₂)/R = 0,400 A.

Sai số do các vônkế gây ra là (0,404 - 0,400)/0,400 = 1%.

b) Giữa hai nút A, B nào đó có điện trở R nối trực tiếp. Trong (n-2) điểm còn lại là tương đương nhau (đẳng thế) nên điện trở giữa chúng từng cặp một là các cầu cân bằng có thể bỏ đi. Như vậy mạch chỉ còn lại (n-2) nhánh mỗi nhánh đều có dạng A-K-B và mỗi nhánh đều có 2 điện trở R nối tiếp.

Vậy điện trở của đoạn mạch là:

Suy ra công suất của mạch là:

Áp dụng bằng số P = 4 W.

Bài 10: Trong bài thực hành "Xác định điện trở của dây dẫn bằng ampekế và von kế", dụng cụ gồm có: 01 sợi dây dẫn chưa biết điện trở R; 01 nguồn điện có giá trị từ 0 đến 6V; 01 vônkế có giới hạn đo 6V và độ chia nhỏ nhất 0,1V; 01 ampekế có giới hạn đo 1,5A và độ chia nhỏ nhất 0,01A; 01 công tắc và các đoạn dây nối. Hãy vẽ sơ đồ mạch điện thực hành và xác định đoạn dây có điện trở R dùng trong thí nghiệm chỉ có thể nằm trong khoảng nào?

Hiển thị đáp án

Sơ đồ mạch điện hình bên.

0,1V ≤ U ≤ 6V và 0,01A ≤ I ≤ 1,5A.

Do đó

Và

Hay là 0,067Ω ≤ R ≤ 600Ω.

Bài 11: Một ampekế có điện trở 0,1Ω , có 100 vạch chia và có giới hạn đo 10A. Cần mắc thêm một điện trở như thế nào để giới hạn đo là 25A? Sau khi mắc điện trở này thì sai số do ampekế mắc phải của mỗi lần đo cường độ dòng điện là bao nhiêu?

Hiển thị đáp án

Phải mắc thêm cho Ampekế một điện trở phụ như hình bên.

Ta có:

Sai số phép đo do ampekế bằng giá trị của 0,1 vạch chia nhỏ nhất.

Suy ra:

Bài 12:

Có hai hộp kín, mỗi hộp có hai đầu dây ra ngoài. Trong một hộp có một bóng đèn pin, trong hộp còn lại có một điện trở. Hãy xác định bóng đèn pin nằm trong hộp nào.

Dụng cụ: 1 nguồn điện có hiệu điện thế U không đổi, 1 biến trở, 2 mili ampe kế, 1 mili vôn kế và các dây nối.

Hiển thị đáp án

+ Để xác định hộp nào có chứa bóng đèn pin ta phải làm thí nghiệm nghiên cứu sự phụ thuộc của cường độ dòng điện qua hai hộp vào hiệu điện thế (Vẽ các đường đặc trưng Vôn - Am pe).

+ Mắc sơ đồ mạch điện như hình vẽ:

+ Đo cường độ dòng điện qua các hộp và hiệu điện thế giữa hai đầu của mỗi hộp ứng với các vị trí khác nhau của con chạy C

+ Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện qua mỗi hộp vào hiệu điện thế giữa hai đầu của mỗi hộp

+ Kết quả:

* Đường đặc trưng vôn - Am pe của điện trở là đường thẳng

* Đường đặc trưng vôn - Am pe của bóng đèn do sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ nên sẽ là một đường cong.

+ Từ đó sẽ xác định được trong hộp kín nào có chứa bóng đèn pin.

* Chú ý: - Khi làm thí nghiệm điều chỉnh biến trở để hiệu điện thế thay đổi trong khoảng không quá lớn.

Bài 13: Cho mạch điện như trên hình 2: ampe kế là lý tưởng (R_A = 0), U = 12V. Đồ thị sự phụ thuộc của cường độ dòng điện chạy qua ampe kế (I_A) vào giá trị của biến trở Rx có dạng như hình 3. Tìm R₁, R₂, R₃.

Hiển thị đáp án

Khi R_x = 0 ⇒ R₃ được nối tắt, ampe kế chỉ dòng qua R₁

Khi R_x rất lớn I_A = 2,7A mạch là:

R₂ + R₃ = 10Ω (1)

Khi R_x = 12Ω

I_A = 2,5A = I₁ + I₃

Vẫn có I₁ = 1,5A (Ampe kế có điện trở 0)

Vì I₃ = 1A

Theo (1) R₂ ≠ R₃ = 10Ω

Hệ có 2 nghiệm: