Lý thuyết ôn thi học sinh giỏi vật lý lớp 9 - Phần điện học

PHẦN ĐIỆN HỌC
I - CƠ SỞ LÝ THUYẾT: 
1/ Định luật ôm: 
Cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn tỉ lệ thuận với hiệu điện thế đặt vào hai đầu dây và tỉ lệ nghịch với điện trở của dây .
I = I : Cường độ dòng điện ( A ) .
U : Hiệu điện thế ( V ) ; R : Điện trở ( Ω ) . 
2/ Đoạn mạch nối tiếp :
Cường độ dòng điện : I = I1 = I2 .
Hiệu điện thế : U = U1 + U2 .
Điện trở tương đương : Rtd = R1 + R2 .
Hiệu điện thế tỉ lệ thuận với điện trở :
3/ Đoạn mạch song song :
I = I1 + I2 U = U1 = U2 .
 => 
Cường độ dòng điện tỉ lệ nghịch với điện trở 
4/ Đoạn mạch hỗn hợp :
ªR1 nt ( R2 // R3 ) .
I = I1 = I 23 = I3 + I2 .
U = U1 + U23 (mà U23 = U2 = U3 ) .
Rtd = R1 + R23 ( mà ) 
ª ( R1 nt R2 ) // R3 .
IAB = I12 + I3 ( mà I12 = I1 = I2 ) .
UAB = U12 = U3 (mà U12 = U1 + U2 ) .
 ( mà R12 = R1 + R2 ) .
ª1KΩ = 1000 Ω
ª1MΩ = 1000 000 Ω 
• Điện trở dây dẫn tỉ lệ thuận với chiều dài dây dẫn :
 .
• Điện trở của dây dẫn tỉ lệ nghịch với tiết diện của dây :
• Công thức tính điện trở :
: điện trở suất ( Ωm) .
l : chiều dài của dây ( m )
S : tiết diện của dây dẫn ( m2 ) .
ª1mm= 1 .10-6 m2 ; d = 2r => 
S = 3,14 .r2 ; 
d : đường kính 
r :bán kính của dây .
ª 
D : khối lượng riêng ( kg / m3 ) 
m: khối lượng của dây ( kg ) .
V : thể tích của dây ( m3 )
ª 
l: chiều dài của dây ( m ) .
V : thể tích của dây ( m3 ) .
S : tiết diện của dây (m2 ) .
ªChu vi đường tròn :2r (với =3,14)
Số vòng dây 
• Công suất điện :P = U .I = I2 . R =
 P : công suất ( W ) .
• Hiệu suất :H = ; H : hiệu suất ( % ) 
Ai = Qi : điện năng có ích ( J ) 
 (Qi =m.C.t)
Atp : điện năng toàn phần ( J ) 
5/Công của dòng điện :
A = P . t = U.I.t = I2.R.t = .t 
A : công của dòng điện ( J ) 
P : công suất điện ( W ) 
t: thời gian ( s ) 
ª1kW = 1000 W .
ª1 h = 3600 s .
ª1kWh = 3,6 .10-6 J
• Định luật Jun – Len-Xơ : Nhiệt lượng tỏa ra ở dây dẫn khi có dòng điện chạy qua tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, với điện trở của dây và thời gian dòng điện chạy qua .
Q = I2 . R . t .
•Nếu đo nhiệt lượng Q bằng đơn vị calo thì hệ thức của định luật Jun – Len-Xơ là 
 Q = 0,24 . I2 .R. t 
 II - MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN LƯU Ý KHI GIẢI BÀI TẬP ĐIỆN: 
1/. Muốn duy trì một dòng điện lâu dài trong một vật dẫn cần duy trì một điện trường trong vật dẫn đó. Muốn vậy chỉ cần nối 2 đầu vật dẫn với 2 cực của nguồn điện thành mạch kín.
 Càng gần cực dương của nguồn điện thế càng cao. Quy ứơc điện thế tại cực dương của nguồn điện, điện thế là lớn nhất , điện thế tại cực âm của nguồn điện bằng 0.
Quy ước chiều dòng điện là chiều chuyển dời có hướng của các hạt mang điện tích dương, Theo quy ước đó ở bên ngoài nguồn điện dòng điện có chiều đi từ cực dương, qua vật dẫn đến cực âm của nguồn điện (chiều đi từ nơi có điện thế cao đến nơi có diện thế thấp). 
 Độ chênh lệch về điện thế giữa 2 điểm gọi là hiệu điện thế giữa 2 điểm đó: VA - VB = UAB. Muốn duy trì một dòng điện lâu dài trong một vật dẫn cần duy trì một HĐT giữa 2 đầu vật dẫn đó ( U = 0 ® I = 0)
2/. Mạch điện:
 a. Đoạn mạch điện mắc song song: 
*Đặc điểm: mạch điện bị phân nhánh, các nhánh có chung điểm đầu và điểm cuối. Các nhánh hoạt động độc lập.
*Tíh chất: 
 1. U chung
 2. Cường độ dòng điện trong mạch chính bằng trổng cường độ dòng điện trong các mạch rẽ: I=I1+I2+...+In 
 3. Nghịch đảo của điện trở tương đương bằng tổng các nghịch đảo của các điện trở thành phần: 
-Từ t/c 1 và công thức của định luật ôm Þ .I1R1 = I2R2 =....= InRn = IR
- Từ t/c 3 Þ Đoạn mạch gồm n điện trở có giá trị bằng nhau và bằng r thì điện trở của đoạn mạch mắc song song là R = 
- Từ t/c 3 ® điện trở tương đương của đoạn mạch mắc song song luôn nhỏ hơn mỗi điện trở thành phần.
b. Đoạn mạch điện mắc nối tiếp: 
*Đặc điểm:các bộ phận (các điện trở) mắc thành dãy liên tục giữa 2 cực của nguồn điện ( các bộ phận hoạt động phụ thuộc nhau).
 *tính chất: 
 1.I chung
 2. U = U1 + U2 +....+ Un.
 3. R = R1 + R2 +,...+ Rn.
*Từ t/c 1 và công thức của định luật ôm I=U/R Þ U1/R1=U2/R2=...Un/Rn. (trong đoạn mạch nối tiếp, hiệu điện thế giữa 2 đầu các vật dẫn tỉ lệ thuận với điện trở của chúng) Þ Ui=U Ri/R...
 Từ t/s 3 ® nếu có n điện trở giống nhau mắc nối tiếp thì điện trở của đoạn mạch là R =nr. Cũng từ tính chất 3 ® điện trở tương đương của đoạn mạch mắc nối tiếp luôn lớn hơn mỗi điện trở thành phần.
C.Mạch cầu : 
 Mạch cầu cân bằng có các tính chất sau:
 - về điện trở: ( R5 là đường chéo của cầu)
 -Về dòng: I5 = 0 -về HĐT : U5 = 0 
Mạch cầu không cân bằng: I5 0; U50 
* Trường hợp mạch cầu có 1 số điện trở có giá trị bằng 0; để giải bài toán cần áp dụng các quy tắc biến đổi mạch điện tương đương ( ở phần dưới )
*Trường hợp cả 5 điện trở đều khác 0 sẽ xét sau.
3/. Một số quy tắc chuyển mạch:
 a/. chập các điểm cùng điện thế: "Ta có thể chập 2 hay nhiều điểm có cùng điện thế thành một điểm khi biến đổi mạch điện tương đương."
(Do VA - Vb = UAB = I RAB ® Khi RAB = 0;I 0 hoặc RAB 0,I = 0 ® Va = Vb Tức A và B cùng điện thế)
Các trường hợp cụ thể: Các điểm ở 2 đầu dây nối, khóa K đóng, Am pe kế có điện trở không đáng kể...Được coi là có cùng điện thế. Hai điểm nút ở 2 đầu R5 trong mạch cầu cân bằng...
b/. Bỏ điện trở: ta có thể bỏ các điện trở khác 0 ra khỏi sơ đồ khi biến đổi mạch điện tương đương khi cường độ dòng điện qua các điện trở này bằng 0.
 Các trường hợp cụ thể: các vật dẫn nằm trong mạch hở; một điện trở khác 0 mắc song song với một vật dãn có điện trở bằng 0( điện trở đã bị nối tắt) ; vôn kế có điện trở rất lớn (lý tưởng).
4/. Vai trò của am pe kế trong sơ đồ: 
 * Nếu am pe kế lý tưởng ( Ra=0) , ngoài chức năng là dụng cụ đo nó còn có vai trò như dây nối do đó:
Có thể chập các điểm ở 2 đầu am pe kế thành một điểm khi bién đổi mạch điện tương đương( khi đó am pe kế chỉ là một điểm trên sơ đồ)
Nếu am pe kế mắc nối tiếp với vật nào thì nó đo cường độ d/đ qua vậtđó.
Khi am pe kế mắc song song với vật nào thì điện trở đó bị nối tắt ( đã nói ở trên).
Khi am pe kế nằm riêng một mạch thì dòng điện qua nó được tính thông qua các dòng ở 2 nút mà ta mắc am pe kế ( dưạ theo định lý nút).
* Nếu am pe kế có điện trở đáng kể, thì trong sơ đồ ngoài chức năng là dụng cụ đo ra am pe kế còn có chức năng như một điện trở bình thường. Do đó số chỉ của nó còn được tính bằng công thức: Ia=Ua/Ra .
5/. Vai trò của vôn kế trong sơ đồ:
a/. trường hợp vôn kế có điện trỏ rất lớn ( lý tưởng):
*Vôn kế mắc song song với đoạn mạch nào thì số chỉ của vôn kế cho biết HĐT giữa 2 đầu đoạn mạch đó:
 UV = UAB = IAB.RAB
*TRong trường hợp mạch phức tạp, Hiệu điện thế giữa 2 điểm mắc vôn kế phải được tính bằng công thức cộng thế: UAB = VA - VB = VA - VC + VC - VB = UAC + UCB....
*có thể bỏ vôn kế khi vẽ sơ đồ mạch điện tương đương .
*Những điện trở bất kỳ mắc nối tiếp với vôn kế được coi như là dây nối của vôn kế ( trong sơ đồ tương đương ta có thể thay điện trở ấy bằng một điểm trên dây nối), theo công thức của định luật ôm thì cường độ qua các điện trở này coi như bằng 0 ,( IR = IV = U/ = 0).
b/. Trường hợp vôn kế có điện trở hữu hạn ,thì trong sơ đồ ngoài chức năng là dụng cụ đo vôn kế còn có chức năng như mọi điện trở khác. Do đó số chỉ của vôn kế còn được tính bằng công thức UV=Iv.Rv...
6/ một số quay tắc đổi mạch
*Quy tắc biến đổi mạch hình sao thành mạch hình tam giác:
R1=, R1=, R1=
*Quy tắc chuyển mạch hình tam giác thành hình sao: 
7. Công thức cộng thế
UAB = UAC + UCD + UDE + UEB ......
8. Định lí nút
Tại nút C. I3 +I5 = I1 
Tại nút D. I2 +I5 = I4