Nối tiếp
Rₜđ=20 Ω · I=0,30 AU₁=2,4 V, U₂=3,6 V
01 · Mục tiêu bài học
Kiến thức
- Nhận biết, phân biệt đoạn mạch nối tiếp và đoạn mạch song song qua điểm nút, nhánh dòng điện.
- Rút ra quan hệ cường độ dòng điện: nối tiếp I=I₁=I₂; song song I=I₁+I₂.
- Nêu và vận dụng công thức điện trở tương đương cho cả hai kiểu mắc.
Thực hành và vận dụng
- Lắp mạch điện một chiều thấp áp theo sơ đồ; đo dòng tại các vị trí bằng ampe kế thích hợp.
- Ghi và đối chiếu bảng kết quả đo, giải bài toán về I, U, R có dữ kiện xác định.
- Giải thích vì sao các thiết bị điện trong gia đình được mắc song song và cách một bóng đèn hỏng ảnh hưởng mạch.
Tình huống mở đầu: Có hai bóng đèn cùng nguồn. Làm thế nào để một bóng hỏng thì bóng kia vẫn sáng? Hãy dự đoán cách mắc và kiểm tra bằng mô phỏng.
02 · Kiến thức trọng tâm
I. Đoạn mạch nối tiếp
Hai điện trở mắc nối tiếp khi có duy nhất một đường đi của dòng điện qua cả hai. Khi mạch kín và ổn định: cường độ dòng điện qua các điện trở bằng nhau, hiệu điện thế của cả đoạn mạch bằng tổng hiệu điện thế trên từng điện trở.
I = I1 = I2(12.1) · Cường độ dòng điện tại mọi điểm bằng nhau
U = U1 + U2(12.2) · Độ giảm thế trên các điện trở
Rtđ = R1 + R2 (12.3) · Tổng quát: Rtđ = R1 + ... + Rn
Với R1, R2 dương, Rtđ lớn hơn từng điện trở thành phần. Nếu một phần tử mắc nối tiếp bị hở, mạch không còn kín và dòng điện bằng 0.
II. Đoạn mạch song song
Hai điện trở mắc song song khi mỗi đầu của R1, R2 cùng được nối đến hai nút chung. Hiệu điện thế hai đầu các nhánh bằng nhau; dòng mạch chính là tổng dòng nhánh.
U = U1 = U2 (12.4) · Hai nhánh nối vào cùng hai nút
I = I1 + I2 (12.5) · Bảo toàn dòng điện tại nút
1/Rtđ = 1/R1 + 1/R2 (12.6) · Rtđ = R1R2/(R1+R2), với hai R dương
Với các điện trở thành phần dương, điện trở tương đương khi mắc song song nhỏ hơn mỗi điện trở thành phần. Nếu một nhánh bị hở, nhánh còn lại có thể tiếp tục hoạt động.
III. So sánh nhanh
| Đặc điểm | Nối tiếp | Song song |
|---|---|---|
| Đường đi dòng điện | Một nhánh | Nhiều nhánh |
| Cường độ | I=I₁=I₂ | I=I₁+I₂ |
| Hiệu điện thế | U=U₁+U₂ | U=U₁=U₂ |
| Điện trở tương đương | R₁+R₂ | R₁R₂/(R₁+R₂) |
| Một phần tử bị hở | Cả mạch ngừng dẫn dòng | Nhánh còn lại vẫn có thể dẫn dòng |
Lưu ý: Các hệ thức được sử dụng cho mạch điện một chiều ổn định với các điện trở thuần tuân theo định luật Ohm, dây nối và ampe kế lí tưởng trong mô phỏng. Dùng ampe kế mắc nối tiếp với vị trí cần đo, không được mắc ampe kế trực tiếp song song hai cực nguồn.
03 · Quan sát và thực hành tương tác
Hoạt động 1 · Tự thay đổi cách mắc đoạn mạch
Chọn mắc nối tiếp hoặc song song cho cùng hai điện trở và cùng nguồn điện một chiều lí tưởng. Quan sát dòng qua từng điện trở, hiệu điện thế và điện trở tương đương.
○ A: ampe kế (mắc nối tiếp)▭ R: điện trởHai nét dài – ngắn: nguồn điện một chiều
0,30 ADòng mạch chính I
0,30 ADòng I₁ qua R₁
0,30 ADòng I₂ qua R₂
20 ΩĐiện trở tương đương
Sơ đồ mô phỏng mang tính quy ước, không đúng tỉ lệ kích thước; điện trở thuần và nguồn được coi là lí tưởng. Khi có nhánh hở, không áp dụng công thức hai điện trở cùng hoạt động.
Hoạt động 2 · Lập bảng số liệu và rút kết luận
Giữ nguyên kiểu mắc đang chọn, thay đổi U, R₁, R₂ rồi ghi một phép đo; hoặc điền nhanh năm bộ giá trị gợi ý. Kiểm tra với mắc nối tiếp: I=I₁=I₂; với song song: I=I₁+I₂. Có thể xuất CSV để nộp báo cáo.
| Lần | Kiểu mắc | U (V) | R₁ (Ω) | R₂ (Ω) | I (A) | I₁ (A) | I₂ (A) | Rₜđ (Ω) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Chưa có số liệu. | ||||||||
Thử thay đổi một thông số và ghi kết quả đo.
Hoạt động 3 · So sánh hiệu điện thế và sự phân bố dòng điện
Dùng cùng giá trị điện trở, hãy dự đoán nếu chuyển từ mắc nối tiếp sang mắc song song thì dòng mạch chính thay đổi thế nào. Lúc ngắt phần tử 1, dòng điện chạy ra sao?
Song song
Rₜđ=4,80 Ω · I=1,25 AI₁=0,75 A, I₂=0,50 A
Hai kiểu mắc sử dụng cùng U và cùng hai điện trở để so sánh chính xác.
04 · Luyện tập và kiểm tra
4.1 · 12 ví dụ có lời giải
Mở từng ví dụ để xem hướng giải. Kiểm tra rõ mạch mắc thế nào, U đặt ở đâu và dòng điện đang xét là dòng mạch chính hay dòng nhánh.
4.2 · 36 câu tự luyện
12 Nhận biết · 12 Thông hiểu · 12 Vận dụng. Mỗi câu hiển thị giải thích sau khi lựa chọn; chưa tính điểm kiểm tra.
Đã làm 0/36 câu
4.3 · Kiểm tra cuối bài (22 câu – 10 điểm)
10 câu ABCD (0,25 điểm/câu), 6 câu Đúng/Sai (4 ý/câu; 0,10–0,25–0,50–1,00 điểm theo số ý đúng), 6 câu trả lời ngắn (0,25 điểm/câu).
Quy tắc làm bài: Đáp án chỉ hiện sau khi bấm Nộp bài – chấm điểm. Trả lời ngắn chỉ nhập số, không kèm đơn vị; dấu phẩy hoặc dấu chấm thập phân đều được chấp nhận.
Chưa chấm bài.
05 · Sơ đồ tư duy
Sáu nhánh kiến thức và phương pháp giải thường dùng.
01 · Cách mắc
Nối tiếp: một đường đi. Song song: nhiều nhánh cùng hai nút.
02 · Dòng điện
Nối tiếp: I=I₁=I₂. Song song: I=I₁+I₂.
03 · Hiệu điện thế
Nối tiếp: U=U₁+U₂. Song song: U=U₁=U₂.
04 · Điện trở
Nối tiếp: Rₜđ=R₁+R₂. Song song: 1/Rₜđ=1/R₁+1/R₂.
05 · Thí nghiệm
Dùng ampe kế mắc nối tiếp đúng vị trí; nguồn DC thấp áp.
06 · Ứng dụng
Thiết bị gia đình mắc song song; ngắt một nhánh không làm hở nhánh khác.
06 · Em có biết?
Vì sao ổ cắm điện gia đình cho nhiều thiết bị hoạt động độc lập?
Các thiết bị nhận điện từ các nhánh song song, nhờ đó bật/tắt thiết bị này không làm gián đoạn đường dẫn của thiết bị khác. Hệ thống điện dân dụng có bảo vệ, tuyệt đối không tự thử bằng điện lưới.
Vì sao dây đèn trang trí có thể có các nhóm sáng khác nhau?
Một số hệ dùng các nhóm LED và mạch điều khiển riêng; từng nhóm có thể ghép các phần tử theo sơ đồ thiết kế phù hợp. Không thể kết luận tất cả bóng đều mắc một kiểu chỉ từ vẻ ngoài.
Điện trở tương đương giúp gì khi thiết kế mạch?
Thay một cụm điện trở bằng một điện trở tương đương giúp tính dòng nguồn nhanh hơn trong mô hình thuần trở, từ đó chọn nguồn và thiết bị đo có giới hạn phù hợp.
Sai số đo từ đâu?
Điện trở dây nối, tiếp xúc, sai lệch của ampe kế và nguồn điện không hoàn toàn lí tưởng có thể làm số đo thực khác giá trị dự đoán. Cần đọc đúng thang đo và báo cáo trung thực.
Thử thách: Với hai điện trở 8 Ω và 12 Ω, nguồn 6 V, hãy dự đoán dòng tổng trong từng cách mắc trước khi chuyển sang mô phỏng để kiểm tra.