Lý thuyết Ghép các nguồn điện thành bộ (mới 2023 + 18 câu trắc nghiệm) hay, chi tiết – Vật Lí 11

Vật Lí 11 Bài 10: Ghép các nguồn điện thành bộ

A. Lý thuyết Ghép các nguồn điện thành bộ

I. Đoạn mạch chứa nguồn điện (nguồn phát điện)

Đoạn mạch có chứa nguồn điện (nguồn phát) dòng điện có chiều đi ra từ cực dương và đi tới cực âm:

Hệ thức liên hệ giữa hiệu điện thế U_AB, cường độ dòng điện I và các điện trở r, R:

$U_{AB}=\text{E}-I\left(R+r\right)$

hay$I=\frac{\text{E}-U_{AB}}{r+R}=\frac{\text{E}-U_{AB}}{R_{AB}}$

Tính chiều hiệu điện thế U_AB là từ A tới B: Nếu đi theo chiều này trên đoạn mạch (hình trên) mà gặp cực dương của nguồn điện trước thì suất điện động E được lấy với giá trị dương, dòng điện có chiều từ B tới A ngược chiều với hiệu điện thế thì tổng độ giảm thế I(R + r) được lấy giá trị âm.

II. Ghép các nguồn điện thành bộ

1. Bộ nguồn nối tiếp

– Bộ nguồn nối tiếp là bộ nguồn gồm các nguồn điện được ghép nối tiếp với nhau. Trong đó cực âm của nguồn điện trước được nối với cực dương của nguồn điện tiếp sau để thành một dãy liên tiếp. Như vậy A là cực dương, B là cực âm của bộ nguồn.

– Suất điện động của bộ nguồn ghép nối tiếp bằng tổng các suất điện động của các nguồn có trong bộ:

${\text{E}}_b={\text{E}}_1+{\text{E}}_2+\mathrm{\dots }+{\text{E}}_n$

– Điện trở trong r_b của bộ nguồn điện ghép nối tiếp bằng tổng các điện trở trong của các nguồn có trong bộ:

$r_b=r_1+r_2+\mathrm{\dots }+r_n$

2. Bộ nguồn song song

– Khi nối n nguồn giống nhau có cực dương nối với nhau, cực âm nối với nhau gọi là nối song song.

– Suất điện động của bộ nguồn: ${\text{E}}_b=\text{E}$

– Điện trở trong của bộ nguồn: $r_b=\frac{r}{n}$

3. Bộ nguồn hỗn hợp đối xứng

– Bộ nguồn gồm n dãy ghép song song với nhau, mỗi dãy gồm m nguồn giống nhau ghép nối tiếp.

– Suất điện động của bộ nguồn: ${\text{E}}_b=m\text{E}$

– Điện trở trong của bộ nguồn: $r_b=\frac{mr}{n}$

B. Trắc nghiệm Ghép các nguồn điện thành bộ

Bài 1. Cho bộ nguồn gồm 12 pin giống nhau, mỗi pin có suất điện động 2V và điện trở trong 0,5Ω mắc như hình vẽ. Có thể thay 12 pin bằng một nguồn có suất điện động E_b và điện trở trong r_b có giá trị là:

A. E_b = 24V; r_b = 12Ω

B. E_b = 16V; r_b = 12Ω

C. E_b = 24V; r_b =12Ω

D. E_b = 16V; r_b = 3Ω.

Đáp án: D

E_b = 8.E = 8.2 = 16V; r_b = 4r + 4r/2 = 6r = 6.0,5 = 3Ω.

Bài 2. Nếu bộ nguồn có các nguồn điện giống nhau được mắc n hàng (dãy), mỗi hàng có m nguồn mắc nối tiếp, thì suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn có giá trị là

A. E_b = mE; r_b = mr

Đáp án: B

 

Bài 3. Cho mạch điện như hình vẽ, các pin giống nhau có cùng suất điện động E₀ và điện trở trong r₀. Cường độ dòng điện qua mạch chính có biểu thức:

Đáp án: C

Ta có: E_b = n.E; r_b = n.r.

Định luật Ohm cho toàn mạch:

 

Bài 4. Một nguồn điện có suất điện động E, điện trở trong r, mắc với điện trở ngoài R = r tạo thành một mạch điện kín, khi đó cường độ dòng điện trong mạch là I. Nếu ta thay nguồn điện đó bằng ba nguồn điện giống hệt nó mắc song song thì cường độ dòng điện trong mạch là

A. I

B. 1,5I

C. I/3

D. 0,75I.

Đáp án: B

Ban đầu:

Thay nguồn điện đó bằng ba nguồn điện giống hệt nó mắc song song thì:

 

Bài 5. Cho mạch điện như hình 10.11, bỏ qua điện trở của dây nối, biết E₁ = 3V; r₁ = 1Ω; E₂ = 6V; r₂ = 1Ω; cường độ dòng điện qua mỗi nguồn bằng 2A. Điện trở mạch ngoài có giá trị bằng

A. 2Ω

B. 2,4Ω

C. 4,5Ω

D. 2,5Ω

Đáp án: D

Định luật Ohm cho toàn mạch:

Bài 6. Công suất tiêu thụ của nguồn là

A. P_ng1 = 6W; P_ng2 = 3W

B. P_ng1 = 12W; P_ng2 = 6W

C. P_ng1 = 18W; P_ng2 = 9W

D. P_ng1 = 24W; P_ng2 = 12W.

Đáp án: C

Công suất tiêu thụ của nguồn là:

P_ng1 = E₁.I = 12.1,5 = 18W; P_ng2 = E₂.I = 6.1,5 = 9W

Bài 7. Năng lượng mà nguồn thứ nhất cung cấp cho mạch trong thời gian 5 phút là:

A. 4500J

B. 5400J

C. 90J

D. 540J

Đáp án: B

Năng lượng mà nguồn thứ nhất cung cấp cho mạch trong thời gian 5 phút:

A1 = P_ng1.t = 18.5.60 = 5400J

Bài 8. Khi có n nguồn giống nhau mắc nối tiếp, mỗi nguồn có suất điện động E và điện trở trong r. Công thức đúng là:

A. E_b = E; r_b = r

B. E_b = E; r_b = r/n

C. E_b = nE; r_b = n.r

D. E_b = n.E; r_b = r/n

Đáp án: C

n nguồn giống nhau mắc nối tiếp nên E_b = n.E.

Điện trở của bộ nguồn gồm n nguồn giống nhau mắc nối tiếp: r_b = n.r

Bài 9. Có n nguồn giống nhau mắc song song, mỗi nguồn có suất điện động E và điện trở trong r. Công thức đúng là:

B. E_b = E; r_b = r/n

C. E_b = nE; r_b = n.r

D. E_b = n.E; r_b = r/n

Đáp án: B

n nguồn giống nhau mắc song song nên E_b = E.

Điện trở của bộ nguồn gồm n nguồn giống nhau mắc song song: r_b = r/n.

Bài 10. Cho bộ nguồn gồm 7 pin mắc như hình vẽ, suất điện động và điện trở trong của các pin giống nhau và bằng E₀, r₀. Có thể thay bộ nguồn trên bằng một nguồn E_b và điện trở trong r_b có giá trị là

A. E_b = 7E₀; r_b = 7r₀

B. E_b = 5E₀; r_b = 7r₀

C. E_b =7E₀; r_b = 4r₀

D. E_b = 5E₀; r_b = 4r₀

Đáp án: D

Ta có: E_b = 3E₀ + 2E₀ = 5E₀.

r_b = 3r₀ + 2r₀/2 = 4r₀

 

Bài 11. Cho mạch điện như hình vẽ. Công thức nào sau đây là sai ?

A. U_AB = I.R₂

B. U_AB = E – I.(R₁ + r)

Đáp án: C

Định luật Ohm cho toàn mạch:

Định luật Ohm cho đoạn mạch AB chứa nguồn phát:

Định luật Ohm cho đoạn mạch chỉ chứa R₂:

Bài 12. Cho đoạn mạch AB như hình vẽ, bỏ qua điện trở của dây nối. Hiệu điện thế giữa hai điểm A và B tính bằng công thức:

A. U_AB = -I.(R + r) + E

B. U_AB = E – I.(R + r)

C. U_AB = I.(R + r) + E

D. U_AB = -E – I.(R + r)

Đáp án: C

Dòng điện đi vào cực dương của nguồn E nên E đóng vai trò là máy thu

Định luật Ohm cho đoạn mạch AB chứa máy thu:

Suy ra: U_AB = I.(R + r) + E

Bài 13. Cho mạch điện như hình vẽ, bỏ qua điện trở của dây nối. Hiệu điện thế giữa hai điểm A và B tính bằng công thức:

A. U_AB = -I.(R + r) + E

B. U_AB = -I.(R + r) – E

C. U_AB = I.(R + r) + E

D. U_AB = I.(R + r) – E.

Đáp án: A

Dòng điện đi ra từ cực dương của nguồn E nên E đóng vai trò là máy phát

Định luật Ohm cho đoạn mạch AB chứa máy phát:

Bài 14. Cho mạch điện như hình vẽ. Biết E = 6V; r = 0,5Ω; R₁ = 4,5Ω; R₂ = 2Ω; cường độ dòng điện qua đoạn mạch là 1A. Hiệu điện thế giữa hai điểm B, A là

A. U_AB = 1V

B. U_AB = -13V

C. U_AB = 13V

D. UBA = -1V

Đáp án: C

Dòng điện đi vào cực dương của nguồn E nên E đóng vai trò là máy thu

Định luật Ohm cho đoạn mạch AB chứa máy thu:

Suy ra: U_AB = I.(R₁ + R₂ + r) + E = 1.(4,5 + 2 + 0,5) + 6 = 13V

Bài 15. Cho mạch điện như hình vẽ, U_AB = 9V; E = 3V; r = 0,5Ω; R₁ = 4,5Ω; R₂ = 7Ω. Cường độ dòng điện trong mạch là

A. 0,5A

B. 1A

C.1,5A

D.2A

Đáp án: A

Ta thấy U_AB > 0 nên dòng điện có chiều đi từ A đến B, do đó E là nguồn thu.

Định luật Ohm cho đoạn mạch AB chứa máy thu:

 

Dùng dữ kiện sau để trả lời các câu 6, 7.

Cho mạch điện như hình vẽ, bỏ qua điện trở của dây nối. Biết E₁ = 3V, E₂ = 12V, r₁ = 0,5Ω; r₂ = 1Ω; R = 2,5Ω, U_AB = 10V.

Bài 16. Cường độ dòng điện qua mạch là

A. 0,25A

B. 0,5A

C. 0,75A

D. 1A

Đáp án: A

Định luật Ohm cho đoạn mạch AB:

Bài 17. Nguồn nào đóng vai trò máy phát, máy thu?

A. E₁ và E₂ là máy phát

B. E₁ và E₂ là máy thu

C. E₁ phát, E₂ thu

D. E₁ thu, E₂ phát.

Đáp án: C

Dòng điện có chiều đi vào cực âm của nguồn E₁ và đi ra cực dương của nguồn E₂ nên nguồn E₁ là nguồn phát, E₂ là máy thu.

Dùng dữ kiện sau để tả lời các câu 8, 9, 10

Cho mạch điện như hình vẽ, E₁ = 12V, E₂ = 6V, R₁ = 4Ω, r₁ = r₂ = 1Ω.

Bài 18. Cường độ dòng điện chạy trong mạch là

A. 0,5A

B. 1A

C. 1,5A

D. 2A

Đáp án: C

Cường độ dòng điện chạy trong mạch: