Lý thuyết Ghép các nguồn điện thành bộ (mới 2023 + Bài Tập) - Vật lí 11

Lý thuyết Vật Lý 11 Bài 10: Ghép các nguồn điện thành bộ

Bài giảng Vật Lý 11 Bài 10: 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:

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

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

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

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: $r_b=\frac{mr}{n}$

Trắc nghiệm Vật lí 11 Bài 10: Ghép các nguồn điện thành bộ

Câu 1. Người ta mắc một bộ 3 pin giống nhau song song thì thu được một bộ nguồn có suất điện động  9 V và điện trở trong 0,3 Ω. Mỗi pin có suất điện động và điện trở trong là

A. 27V; 9$\Omega$

B. 9V; 0,9$\Omega$

C. 9V; 3$\Omega$

D. 3V; 3$\Omega$

Hiển thị đáp án  

Đáp án: B

Giải thích:

Trong cách mắc song song n nguồn là các pin giống nhau thì suất điện động của bộ nguồn $\mathcal{E}$ _b = $\mathcal{E}$  ; và điện trở trong r_b = $\frac{r}{n}$.

Vậy 3 pin giống nhau song song mà bộ nguồn có suất điện động 9 V và điện trở trong 3 Ω, thì suất điện động mỗi pin là 9V là điện trở trong mỗi pin là

r = 0,3.3 = 0,9 Ω.

Câu 2. Ghép nối tiếp 3 pin có suất điện động và điện trở trong lần lượt là 2,2 V; 1,1 V; 0,9 V và 0,2 W; 0,3 W; 0,1 W thành bộ nguồn. Trong mạch có dòng điện cường độ 1 A chạy qua. Điện trở mạch ngoài bằng

A. 5,1 W..

B. 4,5 W..

C. 3,8 W..

D. 3,6 W..

Hiển thị đáp án  

Đáp án: D

Giải thích:

Suất điện động của bộ nguồn nối tiếp là

${\mathcal{E}}_b={\mathcal{E}}_1+{\mathcal{E}}_2+{\mathcal{E}}_3=2,2+1,1+0,9=4,2V$

Điện trở trong của bộ nguồn là

r_b = r₁ + r₂ + r₃ = 0,2 + 0,3 + 0,1 = 0,6 Ω

Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch

 $I=\frac{{{\displaystyle \mathcal{E}}}_b}{r_b+R}=\frac{4,2}{0,6+R}=1\Rightarrow R=3,6_{}\Omega$

Câu 3. Có 10 pin giống nhau, mỗi pin có suất điện động 2,5 V; điện trở trong 1 Ω được mắc thành 2 dãy, mỗi dãy có số pin bằng nhau. Suất điện động và điện trở trong của bộ pin này là

A. 12,5V; 2,5$\Omega$

B. 5V; 2,5$\Omega$

C. 12,5V; 5$\Omega$

D. 5V và 5$\Omega$

Hiển thị đáp án  

Đáp án: A

Giải thích:

Có 10 pin được mắc thành 2 dãy nên mỗi dãy có 5 pin mắc nối tiếp.

Suất điện động của bộ nguồn bằng suất điện động trên mỗi dãy

${\mathcal{E}}_b=5\mathcal{E} =5.2,5=12,5V$

Điện trở trong của bộ nguồn là $r_b=\frac{5r}{2}=2,5_{}\Omega$  

Câu 4. 9 pin giống nhau được mắc thành bộ nguồn có số nguồn trong mỗi dãy bằng số dãy thì thu được bộ nguồn có suất điện độ 6 V và điện trở 1 Ω. Suất điện động và điện trở trong của mỗi nguồn là

A. 2V và 1$\Omega$

B. 2V và 3$\Omega$

C. 2V và 2$\Omega$

D. 6V và 3$\Omega$

Hiển thị đáp án  

Đáp án: A

Giải thích: 

Vì 9 pin giống nhau được mắc thành bộ nguồn có số nguồn trong mỗi dãy bằng số dãy nên có 3 dãy, mỗi dãy 3 pin.

Suất điện động của bộ nguồn bằng suất điện động trên một dãy:

${\mathcal{E}}_b=3\mathcal{E}=6V\Rightarrow \mathcal{E}=2V$

Điện trở trong của bộ nguồn là $r_b=\frac{3r}{3}=1_{}\Rightarrow r=1_{}\Omega$

Vậy mỗi pin có suất điện động 2 V và điện trở trong 1 Ω.

Câu 5. Một bộ nguồn điện gồm các nguồn ghép song song. Suất điện động và điện trở trong của mỗi nguồn là $\mathcal{E}$  = 12 V, r = 1 Ω. Khi đó cường độ dòng điện qua mạch là 1A, công suất tiêu thụ mạch ngoài là $\mathcal{P}$  = 11,8 W. Tính số nguồn điện.

A. n = 4

B. n = 5

C. n = 8

D. n = 10

Hiển thị đáp án  

Đáp án: B

Giải thích: 

Công suất tiêu thụ mạch ngoài là:

$\mathcal{P}=U.I=I^2.R_N=1^2.R_N=11,8\Rightarrow R_N=11,8\Omega$

Vì các nguồn giống nhau được mắc song song nên suất điện động của bộ bằng suất điện động của một pin ${\mathcal{E}}_b=\mathcal{E}=12V$ .

Theo định luật Ôm với toàn mạch $I=\frac{{\mathcal{E}}_b}{r_b+R_N}=\frac{12}{r_b+11,8}=1\Rightarrow r_b=0,2_{}\Omega$

Vì các nguồn ghép song song, nên điện trở trong của bộ là $r_b=\frac{r}{n}\Rightarrow n=\frac{r}{r_b}=\frac{1}{0,2}=5$

Câu 6. Khi ghép 2 nguồn điện nối tiếp, mỗi nguồn có suất điện động lần lượt là  và điện trở trong tương ứng là r₁ và r₂ thì suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn là

A. ${\mathcal{E}}_b={\mathcal{E}}_1+{\mathcal{E}}_2;r_b=r_1+r_2$ .

B. ${\mathcal{E}}_b={\mathcal{E}}_1-{\mathcal{E}}_2;r_b=r_1+r_2$ .

C. ${\mathcal{E}}_b={\mathcal{E}}_1+{\mathcal{E}}_2;r_b=r_1-r_2$ .      

D. ${\mathcal{\text{E}}}_b={\mathcal{E}}_1-{\mathcal{E}}_2;r_b=r_1-r_2$ .

Hiển thị đáp án  

Đáp án: A

Giải thích: 

Khi ghép 2 nguồn điện nối tiếp, mỗi nguồn có suất điện động lần lượt là   và điện trở trong tương ứng là r₁ và r₂ thì suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn là 

${\mathcal{E}}_b = {\mathcal{E}}_1+{\mathcal{E}}_2; {\mathcal{r}}_b={\mathcal{r}}_1+{\mathcal{r}}_2$

Câu 7. Khi ghép n nguồn điện nối tiếp, mỗi nguồn có suất điện động và điện trở trong r thì suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn là

A. $n\mathcal{E}$ và $\frac{r}{n}$ .               

B. $\mathcal{E}$ và $\frac{r}{n}$ .                  

C. $n\mathcal{E}$  và nr.                

D. $\mathcal{C}$  và nr.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: A

Giải thích: 

Khi ghép n nguồn điện nối tiếp, mỗi nguồn có suất điện động $\mathcal{E}$ và điện trở trong r thì suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn lần lượt là n$\mathcal{E}$ và nr.

Câu 8. Công thức tính suất điện động và điện trở trong của bộ n nguồn giống nhau mắc song song:

A. ${\mathcal{\text{E}}}_b=n\mathcal{E}vàr_b=nr$ .   

B. ${\mathcal{E}}_b=\mathcal{E}vàr_b=nr$ .     

C. ${\mathcal{E}}_b=n\mathcal{E}vàr_b=\frac{r}{n}$ .                                   

D. ${\mathcal{\text{E}}}_b=\mathcal{E}vàr_b=\frac{r}{n}$ .

Hiển thị đáp án  

Đáp án: D

Câu 9. Khi có 3 nguồn giống nhau mắc nối tiếp, mỗi nguồn có suất điện động và điện trở trong r. Công thức nào sau đây đúng?

A. ${\mathcal{E}}_b=3\mathcal{E};r_b=3r.$

B. ${\mathcal{E}}_b=\mathcal{E};r_b= \frac{r}{3}$ .

C. ${\mathcal{E}}_b=\mathcal{E};r_b=3.r$ .

D. ${\mathcal{E}}_b=3\mathcal{E};r_b=\frac{r}{3}$.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: A

Câu 10. Nếu ghép 4 pin giống nhau nối tiếp, mỗi pin có suất điện động 2 V và điện trở trong 0,5 W  thành một bộ nguồn thì suất điện động bộ nguồn là

A. 8 V.

B. 6 V.       

C. 2  V.        

D. 3 V.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: A

Giải thích: Suất điện động của bộ nguồn là ${\mathcal{E}}_b=4.\mathcal{E}=4.2=8V$