Bài học

Bài tập tổng hợp Điện học, Cảm ứng điện từ và Năng lượng tái tạo

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em giải được một đề tổng hợp nhiều phần kết hợp tính điện trở dây dẫn, mạch hỗn hợp, công suất và điện năng tiêu thụ, điều kiện cảm ứng điện từ, và lựa chọn nguồn năng lượng tái tạo — đúng dạng đề thi tuyển sinh lớp 10 hoàn chỉnh.

Kiến thức nền cần nhớ

Toàn bộ Chương 3 (điện trở, định luật Ohm, mạch điện), Chương 4 (công suất điện, điện năng) và Chương 5 (cảm ứng điện từ, năng lượng tái tạo) là nền tảng trực tiếp; bài học rèn kỹ năng vận dụng nhiều công thức trong một đề dài, đúng độ khó của phần điện trong đề thi thật, phần thường chiếm tỉ trọng điểm số lớn nhất trong đề thi môn Vật lí tuyển sinh lớp 10 ở hầu hết các địa phương trên cả nước.

Khởi động

Một đề thi tuyển sinh lớp 10 phần điện thường không dừng lại ở một công thức — nó có thể bắt đầu bằng tính điện trở một dây dẫn, rồi lắp dây đó vào một mạch hỗn hợp, rồi hỏi tiếp về công suất tiêu thụ, và đôi khi kết thúc bằng một câu hỏi lý thuyết ngắn về cảm ứng điện từ hoàn toàn tách biệt. Làm sao để không bỏ sót phần nào trong một đề dài như vậy?

Kiến thức trọng tâm

Bài học này khép lại toàn bộ khoá ôn tập bằng cách đưa mọi nhánh của Vật lí 9 vào cùng một đề — không phải để làm khó, mà vì đề thi tuyển sinh 10 thật sự được ra theo đúng cách này: chọn lọc những ý quan trọng nhất của cả năm học và ghép chúng thành một bài kiểm tra duy nhất. Nắm vững từng công thức riêng lẻ là điều kiện cần; biết nhận diện đúng công thức nào ứng với phần nào của một đề dài, nhiều chủ đề mới là điều kiện đủ để đạt điểm cao.

Chiến lược cho một đề điện học nhiều phần: xử lý các phần TÍNH TOÁN theo đúng trình tự đề bài đưa ra — thường đi từ điện trở dây dẫn ($R = \rho \dfrac{l}{S}$), tới cấu hình mạch (nối tiếp/song song/hỗn hợp, rút gọn từng bước), rồi tới công suất và điện năng tiêu thụ ($P=U.I$, $A=P.t$) — mỗi bước dùng kết quả của bước trước làm đầu vào, nên đánh số kết quả trung gian là bắt buộc để không nhầm lẫn. Với các câu hỏi LÝ THUYẾT ngắn (ví dụ điều kiện cảm ứng điện từ, hay lựa chọn nguồn năng lượng tái tạo phù hợp) xen giữa các câu tính toán, cần nhận ra đây là câu hỏi độc lập, không cần số liệu của các phần tính toán khác, chỉ cần phát biểu đúng điều kiện/nguyên lí đã học và áp dụng vào tình huống cụ thể được nêu. Bài học này khép lại toàn bộ khoá ôn tập bằng cách đưa mọi nhánh của Vật lí 9 vào cùng một đề — không phải để làm khó, mà vì đề thi tuyển sinh 10 thật sự được ra theo đúng cách này: chọn lọc những ý quan trọng nhất của cả năm học và ghép chúng thành một bài kiểm tra duy nhất. Nắm vững từng công thức riêng lẻ là điều kiện cần; biết nhận diện đúng công thức nào ứng với phần nào của một đề dài, nhiều chủ đề mới là điều kiện đủ để đạt điểm cao.

Minh hoạ tiền điện hằng tháng (nghìn đồng) trước và sau khi hộ gia đình lắp thêm hệ thống năng lượng tái tạo hỗ trợ

Ví dụ

Bài toán tổng hợp điện trở dây dẫn và mạch hỗn hợp

1
Một dây dẫn nichrome (điện trở suất $\rho = 1,1 \times 10^{-6}\ \Omega.m$ ) có chiều dài $l=2m$ , tiết diện $S=0,2mm^2$ được dùng làm điện trở $R_1$ . $R_1$ mắc nối tiếp với cụm ( $R_2=8\Omega$ song song $R_3=8\Omega$ ), nguồn $U=11V$ . (a) Tính $R_1$ . (b) Tính điện trở tương đương toàn mạch. (c) Tính công suất tiêu thụ toàn mạch.
Một dây dẫn nichrome (điện trở suất $\rho = 1,1 \times 10^{-6}\ \Omega.m$) có chiều dài $l=2m$, tiết diện $S=0,2mm^2$ được dùng làm điện trở $R_1$. $R_1$ mắc nối tiếp với cụm ($R_2=8\Omega$ song song $R_3=8\Omega$), nguồn $U=11V$. (a) Tính $R_1$. (b) Tính điện trở tương đương toàn mạch. (c) Tính công suất tiêu thụ toàn mạch.
2
Đổi $S=0,2mm^2=0,2\times10^{-6}m^2$ . Áp dụng $R=\rho\dfrac{l}{S}$ : $R_1 = \dfrac{1,1\times10^{-6}\times2}{0,2\times10^{-6}} = 11\ \Omega$ . (1)
Đổi $S=0,2mm^2=0,2\times10^{-6}m^2$. Áp dụng $R=\rho\dfrac{l}{S}$: $R_1 = \dfrac{1,1\times10^{-6}\times2}{0,2\times10^{-6}} = 11\ \Omega$. (1)
3
Cụm song song $R_2, R_3$ (cùng $8\Omega$ ): $\dfrac{1}{R_{23}}=\dfrac{1}{8}+\dfrac{1}{8}=\dfrac{2}{8} \Rightarrow R_{23}=4\ \Omega$ . (2) Mạch còn lại: $R_1$ nối tiếp $R_{23}$ . Từ (1) và (2): $R_{tđ}=R_1+R_{23}=11+4=15\ \Omega$ . (3)
Cụm song song $R_2, R_3$ (cùng $8\Omega$): $\dfrac{1}{R_{23}}=\dfrac{1}{8}+\dfrac{1}{8}=\dfrac{2}{8} \Rightarrow R_{23}=4\ \Omega$. (2) Mạch còn lại: $R_1$ nối tiếp $R_{23}$. Từ (1) và (2): $R_{tđ}=R_1+R_{23}=11+4=15\ \Omega$. (3)
4
Áp dụng định luật Ohm cho toàn mạch: từ (3), $I=\dfrac{U}{R_{tđ}}=\dfrac{11}{15}\approx0,733$ A. (4) Từ (4), áp dụng công thức công suất: $P=U.I=11\times0,733\approx8,07$ W.
Áp dụng định luật Ohm cho toàn mạch: từ (3), $I=\dfrac{U}{R_{tđ}}=\dfrac{11}{15}\approx0,733$A. (4) Từ (4), áp dụng công thức công suất: $P=U.I=11\times0,733\approx8,07$W.
5
Vậy $R_1=11\Omega$ , điện trở tương đương toàn mạch là $15\Omega$ , công suất tiêu thụ toàn mạch khoảng 8,07W.
Vậy $R_1=11\Omega$, điện trở tương đương toàn mạch là $15\Omega$, công suất tiêu thụ toàn mạch khoảng 8,07W.

Ví dụ

Bài toán tổng hợp cuối khoá: điện năng, cảm ứng điện từ và năng lượng tái tạo

1
Một hộ gia đình dùng: 1 tủ lạnh 120W chạy 24 giờ/ngày, 4 bóng đèn LED 10W chạy 5 giờ/ngày, và 1 máy bơm nước 750W chạy 1 giờ/ngày, trong 30 ngày. (a) Tính tổng điện năng tiêu thụ trong tháng (kWh) và tiền điện phải trả với đơn giá 2 000đ/kWh. (b) Một học sinh đề xuất lắp một cuộn dây và nam châm cố định (không quay) để "tạo thêm điện" cho gia đình — nhận xét đề xuất này có khả thi không, vì sao. (c) Địa phương của hộ gia đình có nắng nhiều quanh năm nhưng ít gió. Đề xuất một nguồn năng lượng tái tạo phù hợp và giải thích ngắn gọn.
Một hộ gia đình dùng: 1 tủ lạnh 120W chạy 24 giờ/ngày, 4 bóng đèn LED 10W chạy 5 giờ/ngày, và 1 máy bơm nước 750W chạy 1 giờ/ngày, trong 30 ngày. (a) Tính tổng điện năng tiêu thụ trong tháng (kWh) và tiền điện phải trả với đơn giá 2 000đ/kWh. (b) Một học sinh đề xuất lắp một cuộn dây và nam châm cố định (không quay) để "tạo thêm điện" cho gia đình — nhận xét đề xuất này có khả thi không, vì sao. (c) Địa phương của hộ gia đình có nắng nhiều quanh năm nhưng ít gió. Đề xuất một nguồn năng lượng tái tạo phù hợp và giải thích ngắn gọn.
2
Tủ lạnh: $A_1=0,12\times24\times30=86,4$ kWh. (1) Đèn LED: $A_2=4\times0,010\times5\times30=6$ kWh. (2) Máy bơm: $A_3=0,75\times1\times30=22,5$ kWh. (3) Từ (1), (2), (3): tổng điện năng $A=A_1+A_2+A_3=86,4+6+22,5=114,9$ kWh. (4) Từ (4): tiền điện $T=114,9\times2000=229\,800$ đ.
Tủ lạnh: $A_1=0,12\times24\times30=86,4$kWh. (1) Đèn LED: $A_2=4\times0,010\times5\times30=6$kWh. (2) Máy bơm: $A_3=0,75\times1\times30=22,5$kWh. (3) Từ (1), (2), (3): tổng điện năng $A=A_1+A_2+A_3=86,4+6+22,5=114,9$kWh. (4) Từ (4): tiền điện $T=114,9\times2000=229\,800$đ.
3
Đề xuất này KHÔNG khả thi. Áp dụng điều kiện cảm ứng điện từ đã học: dòng điện cảm ứng chỉ xuất hiện khi từ thông qua cuộn dây BIẾN THIÊN; nếu cả cuộn dây và nam châm đều đứng yên (không có chuyển động tương đối), từ thông không đổi, nên sẽ không có dòng điện cảm ứng nào được sinh ra, dù có đặt cuộn dây và nam châm gần nhau bao lâu.
4
Vì địa phương có nắng nhiều quanh năm nhưng ít gió, điện mặt trời phù hợp hơn điện gió — pin mặt trời tận dụng trực tiếp cường độ ánh sáng dồi dào của vùng, trong khi điện gió cần tốc độ gió đủ mạnh mà địa phương này không có.
5
Vậy tổng điện năng tiêu thụ trong tháng là 114,9kWh, tương ứng 229 800đ tiền điện; đề xuất cuộn dây - nam châm cố định không khả thi vì thiếu điều kiện từ thông biến thiên; nguồn năng lượng tái tạo phù hợp cho địa phương nắng nhiều, ít gió là điện mặt trời.

Sai lầm thường gặp

Khi mạch có nhiều bước rút gọn, học sinh hay tính nhảy cóc, quên ghi lại giá trị trung gian (như $R_{23}$ , $R_{tđ}$ ) nên khi bị hỏi lại một đại lượng ở bước giữa thì không thể truy ngược — luôn đánh số và ghi rõ từng kết quả trung gian.

Khi mạch có nhiều bước rút gọn, học sinh hay tính nhảy cóc, quên ghi lại giá trị trung gian (như $R_{23}$, $R_{tđ}$) nên khi bị hỏi lại một đại lượng ở bước giữa thì không thể truy ngược — luôn đánh số và ghi rõ từng kết quả trung gian.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Đề tổng hợp phần điện thường đi từ điện trở dây dẫn, tới mạch điện, tới công suất/điện năng — luôn đánh số kết quả trung gian; câu hỏi lý thuyết về cảm ứng điện từ hay năng lượng tái tạo thường độc lập, chỉ cần áp dụng đúng điều kiện/đặc điểm đã học.

Đây là bài học cuối cùng của khoá ôn tập tổng hợp Vật lí 9 — bài kiểm tra cuối khoá sẽ trộn câu hỏi từ tất cả sáu chương để em tự đánh giá mức độ sẵn sàng cho kỳ thi tuyển sinh lớp 10.