Category:
[Chân trời] Trắc nghiệm KHTN 9 bài 10: Đoạn mạch song song
Tags:
Bộ đề 1
10. Một bóng đèn có ghi $6V - 3W$ được mắc vào nguồn điện $12V$ bằng cách dùng thêm một điện trở $R$ mắc nối tiếp với đèn và toàn bộ cụm này được mắc song song với một điện trở $R_{ms}$ khác. Nếu muốn đèn hoạt động bình thường, thì điện trở $R_{ms}$ có giá trị bằng bao nhiêu?
Vì bóng đèn và điện trở $R$ mắc nối tiếp với nhau và toàn bộ cụm này mắc song song với điện trở $R_{ms}$, nên hiệu điện thế giữa hai đầu bóng đèn và điện trở $R$ luôn bằng hiệu điện thế giữa hai đầu của $R_{ms}$. Để đèn hoạt động bình thường, hiệu điện thế đặt vào đèn phải là $6V$ và công suất là $3W$. Điều này có nghĩa là cường độ dòng điện qua đèn là $I_{den} = \frac{P}{U} = \frac{3W}{6V} = 0,5A$. Hiệu điện thế đặt vào điện trở $R$ phải là $U_R = U_{nguon} - U_{den} = 12V - 6V = 6V$. Từ đó, điện trở $R = \frac{U_R}{I_{den}} = \frac{6V}{0,5A} = 12 \Omega$. Tuy nhiên, câu hỏi hỏi về giá trị của $R_{ms}$, mà $R_{ms}$ được mắc song song với cụm đèn và $R$. Hiệu điện thế giữa hai đầu $R_{ms}$ là $12V$. Cường độ dòng điện qua $R_{ms}$ phụ thuộc vào giá trị của $R_{ms}$ và không ảnh hưởng đến hoạt động của đèn (vì đèn và $R$ mắc song song với $R_{ms}$). Do đó, $R_{ms}$ có thể có bất kỳ giá trị nào miễn là nó được mắc song song với nguồn $12V$. Câu hỏi này có thể gây nhầm lẫn. Tuy nhiên, nếu hiểu là $R_{ms}$ là một điện trở khác được mắc song song vào mạch chính, thì hiệu điện thế đặt vào nó là $12V$. Giá trị của nó không liên quan đến hoạt động của đèn (trừ khi tổng dòng điện quá lớn làm sụt áp nguồn). Nếu câu hỏi muốn hỏi về một điện trở khác để đảm bảo đèn hoạt động bình thường trong một cấu hình nhất định, thì nó sẽ cần thêm thông tin. Nhưng với cấu trúc song song, $R_{ms}$ chỉ đơn giản là một nhánh khác của mạch. Nếu $R_{ms}$ cũng chịu hiệu điện thế $12V$, thì cường độ dòng qua nó là $I_{ms} = \frac{12V}{R_{ms}}$. Sự hiện diện của $R_{ms}$ không ảnh hưởng đến $U_{den}$ và $I_{den}$ đã được xác định. Vậy giá trị của $R_{ms}$ không xác định được chỉ dựa trên thông tin về đèn hoạt động bình thường. Do đó, câu trả lời phụ thuộc vào giá trị của $R_{ms}$ mà đề bài không cho. Tuy nhiên, nếu đề bài ngụ ý rằng $R_{ms}$ là một phần của mạch để tạo ra điều kiện nào đó cho đèn, thì cách diễn đạt chưa rõ ràng. Giả sử câu hỏi muốn hỏi về một điện trở khác mắc song song để phân chia dòng điện một cách nào đó, nhưng theo nguyên tắc mạch song song, nó không ảnh hưởng đến hiệu điện thế của nhánh đèn. Do đó, không thể xác định $R_{ms}$ chỉ từ thông tin đèn hoạt động bình thường. Tuy nhiên, các lựa chọn đưa ra là các giá trị cụ thể. Điều này có thể chỉ ra một cách hiểu khác của đề bài. Giả sử ý của đề bài là có một điện trở $R_{ms}$ mắc song song với cả cụm (đèn + $R$), và ta cần tìm $R_{ms}$ để đèn hoạt động bình thường. Nhưng điều này là vô lý vì hiệu điện thế nguồn là $12V$, và ta cần $6V$ cho đèn. Vậy phải có một điện trở nối tiếp với đèn để giảm áp. Nếu $R_{ms}$ mắc song song với cả cụm này, thì hiệu điện thế qua $R_{ms}$ cũng là $12V$. Cường độ dòng qua $R_{ms}$ sẽ là $I_{ms} = \frac{12}{R_{ms}}$. Tổng dòng điện nguồn sẽ là $I_{nguon} = I_{den+R} + I_{ms}$. Để đèn hoạt động bình thường, ta cần $I_{den} = 0.5A$ và $U_{den} = 6V$. Điện trở $R$ là $12 \Omega$. Hiệu điện thế qua $R$ là $6V$. Cường độ dòng qua nhánh đèn và $R$ là $0.5A$. Nếu $R_{ms}$ là một nhánh song song khác, thì nó không ảnh hưởng đến hoạt động của đèn. Có lẽ đề bài muốn nói là có thêm một điện trở $R_{ms}$ mắc song song với đèn, và một điện trở $R$ nối tiếp với đèn. Nhưng cách diễn đạt là cả cụm (đèn + R) mắc song song với $R_{ms}$. Điều này có nghĩa là: nguồn $12V$ nối với hai nhánh song song. Nhánh 1: đèn nối tiếp với $R$. Nhánh 2: $R_{ms}$. Để đèn hoạt động bình thường, ta cần $U_{den}=6V$ và $I_{den}=0.5A$. Vậy $R = 12 \Omega$. Hiệu điện thế qua nhánh 1 là $U_{den} + U_R = 6V + 6V = 12V$. Vì nhánh 1 mắc song song với nhánh 2, nên hiệu điện thế qua nhánh 2 cũng là $12V$. Do đó, $U_{ms} = 12V$. Cường độ dòng qua $R_{ms}$ là $I_{ms} = \frac{U_{ms}}{R_{ms}} = \frac{12V}{R_{ms}}$. Giá trị của $R_{ms}$ không ảnh hưởng đến việc đèn hoạt động bình thường (vì hiệu điện thế qua nhánh đèn không đổi). Do đó, $R_{ms}$ có thể có bất kỳ giá trị nào. Tuy nhiên, các lựa chọn là số cụ thể. Điều này có thể ám chỉ rằng có một mối liên hệ nào đó bị bỏ qua hoặc đề bài có một cách hiểu khác. Nếu giả định rằng câu hỏi muốn hỏi về một điện trở mắc song song với đèn để đèn hoạt động bình thường, thì điều này là mâu thuẫn với việc phải có điện trở nối tiếp. Nếu câu hỏi muốn hỏi về một điện trở $R_{ms}$ nối tiếp với nguồn và song song với đèn, thì cũng không hợp lý. Quay lại cách hiểu ban đầu: nguồn nối với hai nhánh song song. Nhánh 1: đèn nối tiếp với $R$. Nhánh 2: $R_{ms}$. Để đèn hoạt động bình thường, ta đã tính $R=12 \Omega$. Hiệu điện thế qua cả hai nhánh là $12V$. Cường độ dòng qua nhánh 1 là $0.5A$. Cường độ dòng qua nhánh 2 là $I_{ms} = \frac{12}{R_{ms}}$. Tổng dòng điện từ nguồn là $I_{nguon} = 0.5A + I_{ms}$. Giá trị của $R_{ms}$ không được xác định bởi điều kiện hoạt động bình thường của đèn. Có lẽ có một lỗi trong đề bài hoặc các lựa chọn. Tuy nhiên, nếu xét các lựa chọn, và giả sử có một mối liên hệ nào đó, ví dụ nếu $R_{ms}$ được chọn sao cho tổng trở của mạch có một giá trị nhất định, hoặc dòng điện tổng là một giá trị nhất định. Nhưng đề bài không cho. Nếu ta coi $R_{ms}$ là một điện trở khác mắc song song với đèn (không có R nối tiếp), thì hiệu điện thế đặt vào đèn là $12V$, đèn sẽ cháy. Vì vậy, cách hiểu ban đầu là đúng: đèn + R nối tiếp, rồi cả cụm song song với $R_{ms}$. Và để đèn hoạt động bình thường, $R$ phải là $12 \Omega$. Còn $R_{ms}$ có thể là bất kỳ giá trị nào. Tuy nhiên, nếu câu hỏi ngụ ý rằng có một mối quan hệ giữa $R$ và $R_{ms}$ để hệ thống hoạt động hiệu quả hoặc có một tỷ lệ dòng điện nhất định, thì cần thêm thông tin. Giả sử có một lỗi đánh máy và ý muốn là $R_{ms}$ mắc song song với $R$, và đèn nối tiếp với nguồn. Hoặc $R_{ms}$ nối tiếp với nguồn và song song với đèn. Nhưng với cách diễn đạt hiện tại, $R_{ms}$ có thể là bất kỳ giá trị nào. Tuy nhiên, nếu ta buộc phải chọn một trong các đáp án, và biết rằng $R=12 \Omega$, thì có thể có một quy tắc nào đó được áp dụng trong ngữ cảnh bài giảng mà ta không biết. Tuy nhiên, dựa trên kiến thức vật lý cơ bản, $R_{ms}$ không xác định được. Tuy nhiên, nếu xem xét các lựa chọn: $24 \Omega$, $12 \Omega$, $36 \Omega$. Nếu $R_{ms}$ cũng là $12 \Omega$, thì dòng qua $R_{ms}$ là $1A$. Tổng dòng là $1.5A$. Nếu $R_{ms} = 24 \Omega$, dòng qua $R_{ms}$ là $0.5A$. Tổng dòng là $1A$. Nếu $R_{ms} = 36 \Omega$, dòng qua $R_{ms}$ là $12/36 = 1/3 A$. Tổng dòng là $0.5 + 1/3 = 5/6 A$. Không có thông tin nào cho phép chọn một giá trị cụ thể cho $R_{ms}$. Vậy câu trả lời Tùy thuộc vào giá trị của R có lẽ là đúng nhất, nhưng nó không phải là một giá trị cụ thể. Tuy nhiên, nếu ta giả định rằng đề bài muốn có một sự cân bằng nào đó, ví dụ dòng qua $R_{ms}$ bằng dòng qua nhánh đèn, thì $I_{ms} = 0.5A$. Khi đó $R_{ms} = \frac{12V}{0.5A} = 24 \Omega$. Đây là một giả định. Nhưng nó khớp với một trong các lựa chọn. Do đó, có khả năng đây là ý đồ của người ra đề.Kết luận Tùy thuộc vào giá trị của R.
