Chào các em học sinh yêu quý của thầy! Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau chinh phục một bài tập rất quen thuộc trong chương trình Vật lý lớp 12, liên quan đến việc sử dụng thiết bị điện với hiệu điện thế khác định mức.

Đề bài của chúng ta là:

Để bóng đèn loại 100V – 100W sáng bình thường ở mạng 220 V thì người ta phải mắc nó với 1 điện trở Rp như thế nào ?

Để giải quyết bài toán này, thầy sẽ hướng dẫn các em từng bước một, bám sát kiến thức đã học trong Sách giáo khoa nhé.

Bước 1: Phân tích dữ kiện đề bài và xác định yêu cầu.

Đề bài cho chúng ta thông tin về một bóng đèn:
– Hiệu điện thế định mức của bóng đèn: \(U_{dm}\) = 100 V
– Công suất định mức của bóng đèn: \(P_{dm}\) = 100 W

Đồng thời, chúng ta có hiệu điện thế của mạng điện nơi bóng đèn sẽ hoạt động: \(U = 220\) V.

Yêu cầu của bài toán là tìm cách mắc bóng đèn với một điện trở phụ \(R_p\) sao cho bóng đèn sáng bình thường.

Bước 2: Tính toán các đại lượng đặc trưng của bóng đèn khi hoạt động bình thường.

Khi bóng đèn sáng bình thường, nó hoạt động đúng với hiệu điện thế và công suất định mức của nó.

Đầu tiên, chúng ta cần tìm cường độ dòng điện định mức chạy qua bóng đèn. Ta sử dụng công thức liên hệ giữa công suất, hiệu điện thế và cường độ dòng điện:
\(P_{dm} = U_{dm} \cdot I_{dm}\)

Từ đây, ta suy ra cường độ dòng điện định mức:
\(I_{dm} = \frac{P_{dm}}{U_{dm}}\)

Thay số vào ta được:
\(I_{dm} = \frac{100 \text{ W}}{100 \text{ V}} = 1 \text{ A}\)

Tiếp theo, chúng ta cần tìm điện trở của bóng đèn. Điện trở của bóng đèn là một đại lượng không đổi (theo giả thiết bài toán đơn giản hóa). Ta có thể sử dụng định luật Ôm cho toàn mạch hoặc công thức liên hệ giữa công suất, hiệu điện thế và điện trở:
\(P_{dm} = \frac{U_{dm}^2}{R}\)

Từ đó, ta suy ra điện trở của bóng đèn:
\(R = \frac{U_{dm}^2}{P_{dm}}\)

Thay số vào ta được:
\(R = \frac{(100 \text{ V})^2}{100 \text{ W}} = \frac{10000}{100} = 100 \text{ \(\Omega\)}\)

Vậy là chúng ta đã có được các thông số quan trọng của bóng đèn khi hoạt động bình thường: cường độ dòng điện định mức là 1 A và điện trở là 100 \(\Omega\).

Bước 3: Vẽ sơ đồ mạch điện và phân tích nguyên lý hoạt động.

Để bóng đèn loại 100V – 100W có thể hoạt động bình thường ở mạng 220V, chúng ta cần giảm hiệu điện thế đặt vào bóng đèn từ 220V xuống còn 100V. Cách làm phổ biến nhất là mắc nối tiếp bóng đèn với một điện trở phụ \(R_p\).

Sơ đồ mạch điện như sau:
Nguồn điện (220V) — Điện trở phụ \(R_p\) — Bóng đèn (100V-100W) — Trở về nguồn

Khi bóng đèn sáng bình thường, cường độ dòng điện chạy qua bóng đèn phải bằng cường độ dòng điện định mức của nó, tức là \(I_{dm} = 1\) A. Do \(R_p\) và bóng đèn mắc nối tiếp, nên cường độ dòng điện chạy qua điện trở phụ cũng chính là cường độ dòng điện chạy qua bóng đèn.

Vậy, cường độ dòng điện chạy trong toàn mạch là \(I = I_{dm} = 1\) A.

Hiệu điện thế đặt vào toàn mạch là \(U = 220\) V.

Hiệu điện thế đặt vào bóng đèn khi sáng bình thường là \(U_{đm} = 100\) V.

Theo định luật Ôm cho đoạn mạch nối tiếp, hiệu điện thế đặt vào điện trở phụ \(R_p\) sẽ là hiệu của hiệu điện thế toàn mạch và hiệu điện thế đặt vào bóng đèn:
\(U_{Rp} = U – U_{dm}\)

Thay số vào ta được:
\(U_{Rp} = 220 \text{ V} – 100 \text{ V} = 120 \text{ V}\)

Bước 4: Tính toán giá trị của điện trở phụ \(R_p\).

Chúng ta đã biết hiệu điện thế đặt vào điện trở phụ \(R_p\) là \(U_{Rp} = 120\) V và cường độ dòng điện chạy qua nó là \(I = 1\) A.

Áp dụng định luật Ôm cho điện trở phụ \(R_p\):
\(U_{Rp} = I \cdot R_p\)

Từ đây, ta suy ra giá trị của \(R_p\):
\(R_p = \frac{U_{Rp}}{I}\)

Thay số vào ta được:
\(R_p = \frac{120 \text{ V}}{1 \text{ A}} = 120 \text{ \(\Omega\)}\)

Kết luận:

Để bóng đèn loại 100V – 100W sáng bình thường ở mạng 220 V, người ta phải mắc nối tiếp nó với một điện trở phụ \(R_p\) có giá trị là 120 \(\Omega\).

Các em thấy đó, chỉ cần nắm vững các định luật cơ bản như định luật Ôm, công thức tính công suất và nguyên lý hoạt động của mạch điện nối tiếp, chúng ta có thể dễ dàng giải quyết bài toán này.

Chúc các em học tốt môn Vật lý! Nếu có bất kỳ câu hỏi nào, đừng ngần ngại hỏi thầy nhé.