Nguyên tắc cơ bản của đơn giản hóa mạch
Các mạch điện phức tạp trong môn điện vật lý THCS có thể được đơn giản hóa bằng các nguyên tắc sau:
☀Thứ nhất: bỏ qua điện trở dây, giả sử R dây là ≈0. Điện áp trên dây có dòng điện chạy bằng 0 và có thể đo điện áp trên công tắc khi nó mở (không có điểm ngắt nào khác trong mạch).
☀Thứ hai: Khi đóng công tắc tương đương với một sợi dây; khi công tắc mở, nó tương đương với một mạch hở, có thể được loại bỏ khỏi hai nút của mạch. Khi công tắc đóng và dòng điện chạy qua, điện áp trên công tắc bằng 0 và có thể đo được điện áp trên công tắc khi nó mở (không có điểm ngắt nào khác trong mạch).
☀Thứ ba: Điện trở trong của ampe kế rất nhỏ. Khi phân tích phương thức kết nối của mạch, nơi có ampe kế có thể được coi là một dây dẫn.
☀Thứ tư: Điện trở trong của vôn kế rất lớn. Khi phân tích cách mắc của mạch điện, có thể coi chỗ mắc vôn kế là mạch hở và mắc ra khỏi hai nút của mạch điện.
☀Thứ năm: Đoản mạch đồ dùng điện (điện trở): Khi đồ dùng điện (điện trở) và dây dẫn (công tắc, ampe kế) mắc song song thì không có dòng điện chạy qua đồ dùng điện (như hình bên) , và có thể tháo thiết bị điện ra khỏi hai nút của mạch điện ( tháo).
☀Thứ sáu: Đoạn Pa của biến trở trượt bị chập dây (thanh kim loại) và không hoạt động. Sau khi bỏ đoạn Pa thì hình a bên dưới trở thành hình b.
☀Thứ bảy: Phân tích mối quan hệ giữa tổng dòng điện, tổng điện áp và dòng điện phân chia và điện áp phân chia theo định luật dòng điện và điện áp của mạch nối tiếp và song song "điện áp phân chia nối tiếp, dòng điện mắc song song".
☀Thứ tám: Ampe kế mắc nối tiếp với đồ dùng điện nào thì đo cường độ dòng điện của đồ dùng điện đó, còn vôn kế mắc song song với đồ dùng điện nào thì đo hiệu điện thế của đồ dùng điện đó. Điện áp được đo bằng vôn kế có thể được đánh giá bằng phương pháp trượt và phương pháp nguồn.
☀Thứ chín: Về nguyên tắc, vôn kế bắt buộc phải mắc song song trong mạch điện. Khi đo riêng điện áp nguồn điện, nó có thể được kết nối trực tiếp với cả hai đầu của nguồn điện.
Nói chung, nếu vôn kế được mắc nối tiếp trong mạch, điện áp đo được là điện áp trên nguồn điện (xem ghi chú để biết thêm chi tiết). Nếu ampe kế được kết nối trực tiếp với cả hai đầu của nguồn điện, nó sẽ bị đốt cháy và nguồn điện sẽ bị đoản mạch, làm cháy nguồn điện.
☀Thứ mười: Nếu trên dây dẫn (giữa các nút) không có thiết bị điện (trừ công tắc và ampe kế) thì mỗi điểm trên dây có thể coi là một điểm, có thể gộp, tách, tăng giảm tùy ý. (Phương thức này còn được gọi là phương thức nút) Ví dụ:
02
Các bước đơn giản hóa mạch
☀Bước 1: Tháo công tắc ngắt theo yêu cầu của đề, biến công tắc đóng thành dây dẫn.
☀Bước 2: Vặn ampe kế thành dây dẫn (cũng có thể để nguyên tùy trường hợp).
☀Bước 3: Tháo vôn kế.
☀Bước 4: Hợp nhất (hoặc hoán vị) các nút trên dây. (Bước này dùng khi trong mạch có nhiều thiết bị điện và chúng vướng vào nhau)
☀Bước 5: Vẽ sơ đồ mạch điện tương đương để xác định các đồ dùng điện được mắc nối tiếp hay song song.
☀Bước 6: Sử dụng nguyên tắc 7 và 8 trong mạch điện ban đầu để xác định cường độ dòng điện và hiệu điện thế mà ampe kế và vôn kế đo.
☀Bước 7: Cho vôn kế và ampe kế vào sơ đồ mạch điện tương đương, phân tích mối quan hệ giữa từng ampe kế và biểu diễn hiệu điện thế. (Nguyên tắc Bảy)
03
Các bài giảng được chọn về các ví dụ kinh điển
☀Ví dụ 1: Trong sơ đồ mạch điện sau, sau khi đóng công tắc S, vôn kế V1 chỉ số chỉ 2,5V, chỉ số vôn kế V2 là 1V. Nếu số đọc của A2 là 0.2A, thì số đọc của A1 là bao nhiêu? Tìm hiệu điện thế trên hai bóng đèn.
hình ảnh
Phân tích: Bước 1: Biến công tắc thành dây;
Bước 2: Biến ampe kế thành dây dẫn;
Bước thứ ba là tháo vôn kế.
Bước thứ tư (bỏ qua)
Bước 5: Xác định phương thức đấu nối điện
hình ảnh
Rõ ràng hai bóng đèn mắc nối tiếp trong mạch điện.
Bµi 6: Theo nguyên tắc 4, biết vôn kế V2 bị ngắt nên không có dòng điện chạy qua A1, và chỉ số chỉ bằng không; theo phương pháp trượt biết V1 mắc song song với nguồn điện, đo hiệu điện thế ở hai đầu nguồn điện. V2 và L2 được kết nối song song và đo điện áp trên L2.
Bước 7: Sơ đồ mạch tương đương như sau:
hình ảnh
Theo sơ đồ mạch tương đương, có thể thấy rằng I1=I2=0.2A cần thiết
U1=2.5V-1V=1.5V U2=1V
hình ảnh
☀Ví dụ 2: Như trong hình, sau khi đóng công tắc s, mối quan hệ giữa các biểu diễn điện áp sau là và mối quan hệ giữa các biểu diễn dòng điện là ___.
hình ảnh
Phân tích: bước đầu tiên: biến công tắc thành dây điện;
Bước 2: Biến ampe kế thành dây dẫn;
Bước thứ ba: tháo vôn kế; bước thứ tư (bỏ qua);
Bước 5: Xác định hình thức đấu nối của từng thiết bị điện:
hình ảnh
Bước 6: Nhận xét các đối tượng đo bằng ampe kế, vôn kế theo nguyên tắc 7, 8 và phương pháp trượt hoặc phương pháp loại bỏ nguồn.
① Trong mạch điện ban đầu, nếu tháo vôn kế, có thể thấy ampe kế A1 và A2 mắc nối tiếp với bóng đèn nên số biểu thị dòng điện bằng nhau;
② Sử dụng phương pháp trượt, có thể đánh giá rằng V1 đo điện áp ở hai đầu L1, V2 đo điện áp ở hai đầu nguồn điện và V3 đo điện áp ở hai đầu L2.
Bước 7: Sơ đồ mạch tương đương như sau:
hình ảnh
hình ảnh
☀Ví dụ 3: Sau khi đóng công tắc mạch điện, v1, v2, v3 lần lượt là 8V, 9V, 4V, vậy hiệu điện thế ở hai đầu L1, L2, L3 là bao nhiêu?
hình ảnh
Mối quan hệ điện áp bắt buộc là: U2=U1 cộng với U3 I1=I2
Giải pháp: Theo "Mười nguyên tắc, bảy bước", sơ đồ mạch tương đương của mạch có thể thu được như sau:
hình ảnh
Từ sơ đồ tương đương, có thể thu được các phương trình sau:
UL1 cộng với UL2=8V
UL2 cộng với UL3=9V
UL3=4V
Lời giải: UL1=3v UL2=5v UL3=4V
hình ảnh
☀Ví dụ 4: Như hình vẽ, biết hai bóng đèn L1 và L2 mắc nối tiếp, thì phán đoán đúng giữa ba chỉ số ampe kế (ampe kế hoặc vôn kế) ở ①, ② và ③ là ( )
A. ① là ampe kế, ② và ③ là vôn kế;
B. ① và ③ là vôn kế, và ② là ampe kế;
C. ① và ② là ampe kế, ③ là vôn kế;
D. ①② và ③ đều là ampe kế
hình ảnh
Phân tích: Câu hỏi này có thể được trả lời bằng phương pháp loại trừ. Điền vào bảng câu trả lời cho A
Trong số ba vị trí, theo sơ đồ mạch "mười nguyên tắc, bảy bước" được đơn giản hóa thành:
hình ảnh
Rõ ràng, nó không phù hợp với tiêu đề.
Điền bảng đáp án B vào hình vẽ, mạch điện có thể viết đơn giản như sau:
hình ảnh
Cách điền này phù hợp với nghĩa của câu hỏi.
Điền vào các bảng của đáp án C vào mạch điện, mạch L1 bị ngắt, sơ đồ mạch điện đơn giản giống đáp án A, không đáp ứng được ý nghĩa của câu hỏi. Điền vào bảng các câu trả lời cho D trong hình, nguồn điện bị đoản mạch và không có dòng điện chạy qua hai bóng đèn, không đáp ứng được ý nghĩa của câu hỏi. Vậy chọn đáp án B.
