Bài tập: Chương 2: Điện – Điện tử cơ bản

Bài tập chương 2: Điện – Điện tử cơ bản

1. Giới thiệu bài tập

Trong chương này, chúng ta đã tìm hiểu các kiến thức nền tảng về điện học như: dòng điện, điện áp, điện trở, công suất điện, các linh kiện điện tử cơ bản (điện trở, tụ điện, điốt, bóng bán dẫn) và các mạch điện đơn giản. Để củng cố và vận dụng kiến thức, bài tập dưới đây sẽ giúp các em rèn luyện kỹ năng tính toán, phân tích mạch và nhận biết linh kiện. Mỗi bài tập đều có hướng dẫn giải chi tiết, rõ ràng.

2. Lý thuyết cần nhớ trước khi làm bài tập

• Định luật Ôm: Cường độ dòng điện chạy qua một dây dẫn tỉ lệ thuận với hiệu điện thế đặt vào hai đầu dây và tỉ lệ nghịch với điện trở của dây. Công thức: I = U / R (trong đó I là cường độ dòng điện, đơn vị ampe (A); U là hiệu điện thế, đơn vị vôn (V); R là điện trở, đơn vị ôm (Ω)).
• Công suất điện: Công suất điện của một đoạn mạch được tính bằng tích của hiệu điện thế và cường độ dòng điện. Công thức: P = U × I (đơn vị là oát (W)).
• Điện trở tương đương của mạch nối tiếp: R_tđ = R₁ + R₂ + … + R_n.
• Điện trở tương đương của mạch song song: 1/R_tđ = 1/R₁ + 1/R₂ + … + 1/R_n.
• Linh kiện điện tử: Điện trở (R) có chức năng cản trở dòng điện; Tụ điện (C) có khả năng tích và phóng điện; Điốt (D) chỉ cho dòng điện đi theo một chiều; Bóng bán dẫn (Transistor) dùng để khuếch đại tín hiệu hoặc làm khóa điện tử.

3. Các dạng bài tập có hướng dẫn giải

Dạng 1: Tính cường độ dòng điện, điện áp và điện trở trong mạch nối tiếp

Bài tập 1: Cho mạch điện gồm hai điện trở R₁ = 10 Ω và R₂ = 20 Ω mắc nối tiếp vào nguồn điện có hiệu điện thế U = 30 V. Hãy tính:

1. Điện trở tương đương của đoạn mạch.
2. Cường độ dòng điện chạy qua mạch.
3. Hiệu điện thế giữa hai đầu mỗi điện trở.

Hướng dẫn giải:

• Bước 1: Vì mạch nối tiếp, điện trở tương đương: R_tđ = R₁ + R₂ = 10 + 20 = 30 Ω.
• Bước 2: Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch: I = U / R_tđ = 30 / 30 = 1 A.
• Bước 3: Trong mạch nối tiếp, dòng điện chạy qua các điện trở bằng nhau là I = 1 A. Hiệu điện thế trên mỗi điện trở: U₁ = I × R₁ = 1 × 10 = 10 V; U₂ = I × R₂ = 1 × 20 = 20 V.
• Đáp số: R_tđ = 30 Ω; I = 1 A; U₁ = 10 V; U₂ = 20 V.

Dạng 2: Tính điện trở tương đương và cường độ dòng điện trong mạch song song

Bài tập 2: Cho mạch điện gồm hai điện trở R₁ = 30 Ω và R₂ = 60 Ω mắc song song vào nguồn điện có hiệu điện thế U = 12 V. Hãy tính:

1. Điện trở tương đương của đoạn mạch.
2. Cường độ dòng điện chạy qua mạch chính và qua mỗi điện trở.

Hướng dẫn giải:

• Bước 1: Vì mạch song song, điện trở tương đương: 1/R_tđ = 1/R₁ + 1/R₂ = 1/30 + 1/60 = 2/60 + 1/60 = 3/60 = 1/20. Vậy R_tđ = 20 Ω.
• Bước 2: Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch: I = U / R_tđ = 12 / 20 = 0,6 A.
• Bước 3: Trong mạch song song, hiệu điện thế trên mỗi điện trở bằng nhau và bằng U = 12 V. Cường độ dòng điện qua R₁: I₁ = U / R₁ = 12 / 30 = 0,4 A; qua R₂: I₂ = U / R₂ = 12 / 60 = 0,2 A. Kiểm tra: I₁ + I₂ = 0,4 + 0,2 = 0,6 A (bằng I mạch chính).
• Đáp số: R_tđ = 20 Ω; I = 0,6 A; I₁ = 0,4 A; I₂ = 0,2 A.

Dạng 3: Tính công suất điện tiêu thụ

Bài tập 3: Một bóng đèn sợi đốt có ghi (220 V – 100 W) được mắc vào hiệu điện thế 220 V. Hãy tính:

1. Cường độ dòng điện chạy qua bóng đèn khi đèn sáng bình thường.
2. Điện trở của bóng đèn khi đó.

Hướng dẫn giải:

• Bước 1: Khi đèn sáng bình thường, công suất tiêu thụ đúng bằng số ghi trên bóng: P = 100 W, hiệu điện thế U = 220 V. Áp dụng công thức P = U × I, suy ra I = P / U = 100 / 220 ≈ 0,455 A.
• Bước 2: Tính điện trở: Áp dụng định luật Ôm: R = U / I = 220 / (100/220) = 220 × 220 / 100 = 48400 / 100 = 484 Ω. Hoặc dùng công thức P = U² / R, suy ra R = U² / P = 220² / 100 = 48400 / 100 = 484 Ω.
• Đáp số: I ≈ 0,455 A; R = 484 Ω.

Dạng 4: Nhận biết và xác định chức năng linh kiện điện tử

Bài tập 4: Cho các linh kiện điện tử sau: điện trở (R), tụ điện (C), điốt (D), bóng bán dẫn (Transistor). Hãy ghép mỗi linh kiện với chức năng tương ứng ở cột bên phải:

• 1. Điện trở (R) – (a) Cho dòng điện đi theo một chiều.
• 2. Tụ điện (C) – (b) Cản trở dòng điện.
• 3. Điốt (D) – (c) Khuếch đại tín hiệu hoặc làm khóa điện tử.
• 4. Bóng bán dẫn (Transistor) – (d) Tích và phóng điện.

Hướng dẫn giải:

• Điện trở (R) có chức năng cản trở dòng điện, ghép với (b).
• Tụ điện (C) có khả năng tích và phóng điện, ghép với (d).
• Điốt (D) chỉ cho dòng điện đi theo một chiều, ghép với (a).
• Bóng bán dẫn (Transistor) dùng để khuếch đại tín hiệu hoặc làm khóa điện tử, ghép với (c).
• Đáp số: 1 – b; 2 – d; 3 – a; 4 – c.

4. Ghi nhớ

• Định luật Ôm (I = U/R) là công cụ cốt lõi để giải các bài toán về mạch điện một chiều đơn giản.
• Mạch nối tiếp: Dòng điện bằng nhau, hiệu điện thế tỉ lệ thuận với điện trở. Mạch song song: Hiệu điện thế bằng nhau, dòng điện tỉ lệ nghịch với điện trở.
• Công suất điện (P = U × I) cho biết mức tiêu thụ năng lượng của thiết bị trong một giây.
• Linh kiện điện tử có chức năng riêng biệt: điện trở (cản trở), tụ điện (tích/phóng), điốt (chỉnh lưu), bóng bán dẫn (khuếch đại/chuyển mạch).

5. Bài tập gợi ý tự luyện

1. Cho mạch điện gồm ba điện trở R₁ = 5 Ω, R₂ = 10 Ω, R₃ = 15 Ω mắc nối tiếp vào nguồn điện 60 V. Tính cường độ dòng điện trong mạch và hiệu điện thế giữa hai đầu mỗi điện trở.
2. Hai điện trở R₁ = 40 Ω và R₂ = 60 Ω mắc song song với nhau và mắc vào hiệu điện thế 24 V. Tính điện trở tương đương, cường độ dòng điện qua mạch chính và qua mỗi điện trở.
3. Một bếp điện có ghi (220 V – 1200 W) hoạt động bình thường. Tính điện trở của bếp và cường độ dòng điện chạy qua bếp khi đó.
4. Trong mạch điện có các ký hiệu: một vòng tròn có chữ R, một vòng tròn có chữ C, một hình tam giác có một vạch ngang ở đỉnh (ký hiệu điốt). Hãy mô tả ngắn gọn chức năng của từng linh kiện khi nó hoạt động trong mạch.

Học sinh làm bài tập và đối chiếu với hướng dẫn giải trong sách giáo khoa hoặc nhờ giáo viên kiểm tra kết quả. Nếu gặp khó khăn, hãy xem lại kiến thức lý thuyết trong chương.