Cho mạch điện như hình 1. Hiệu điện thế nguồn U = 18V không đổi; điện trở R = 0,5 ôm; đèn ghi (3V- 6W); đèn ghi (3V - 3W); biến trở con chạy mắc giữa MN có giá trị toàn phần \[{R_0}\]

a. Cho \[{R_0}\] = 6 ôm và con chạy C ở vị trí mà điện trở phần MC bằng 0,5 Ω. Tìm cường độ dòng điện qua mỗi đèn và cho biết các đèn sáng như thế nào?

b. Tìm giá trị nhỏ nhất của R₀ để đèn Đ1 sáng bình thường. Lúc này điện trở phần MC của biến trở bằng bao nhiêu? Bỏ qua điện trở của các dây nối và sự phụ thuộc vào nhiệt độ của các điện trở.

 

Gọi điện tích mỗi quả cầu là q.

Lực điện tác dụng lên mỗi quả cầu là: \({F_d} = k\frac{{{q^2}}}{{{r^2}}}\)

Từ hình vẽ, ta thấy: \[\frac{{{F_d}}}{P} = \frac{{\frac{r}{2}}}{{\sqrt {{\ell ^2} - {{\left( {\frac{r}{2}} \right)}^2}} }} \Rightarrow \frac{{k\frac{{{q^2}}}{{{r^2}}}}}{{mg}} = \frac{{\frac{r}{2}}}{{\sqrt {{\ell ^2} - {{\left( {\frac{r}{2}} \right)}^2}} }}\]

\[ \Rightarrow q = \sqrt {\frac{{mg{r^3}}}{{2k\sqrt {{\ell ^2} - {{\left( {\frac{r}{2}} \right)}^2}} }}} = \sqrt {\frac{{0,{{01.10}^{ - 3}}.10.0,{{06}^3}}}{{{{2.9.10}^9}.\sqrt {0,{5^2} - 0,{{03}^2}} }}} = 1,{55.10^{ - 9}}(C)\]

Gọi C là điểm gặp nhau, v là vận tốc dòng nước.

Theo đề bài: vận tốc 2 tàu so với dòng nước bằng nhau, ta gọi là V

Vì hai tàu xuất phát cùng lúc và gặp nhau tại C nên \[\;{t_1}\; = {\rm{ }}{t_3}\]\[\] (1)

Sau đó, 2 tàu quay trở lại tổng thời gian tàu A đi là 3 h, tàu B đi là 1,5 h.

\[{t_1}\; + {\rm{ }}{t_2}\; = {\rm{ }}3{\rm{ }}h\]

\[{t_3}\; + {\rm{ }}{t_{4\;}} = {\rm{ }}1,5{\rm{ }}h\]

Thời gian đi của tàu từ A tới C: \[{t_1} = \frac{{AC}}{{V + v}}\]

Thời gian về của tàu từ C tới A: \[{t_2} = \frac{{AC}}{{V - v}}\]

Thời gian tàu đi từ A cả đi lẫn về là: \[{t_1} + {t_2} = 3 \Leftrightarrow \frac{{AC}}{{V + v}} + \frac{{AC}}{{V - v}} = AC\left( {\frac{1}{{V + v}} + \frac{1}{{V - v}}} \right){\mkern 1mu} = 3\] (2)

Thời gian đi của tàu từ B tới C: \[{t_3} = \frac{{BC}}{{V - v}}\]

Thời gian về của tàu từ C tới B: \[{t_4} = \frac{{BC}}{{V + v}}\]

Thời gian tàu đi từ B cả đi lẫn về là:

\[{t_3} + {t_4} = 1,5 \Leftrightarrow \frac{{BC}}{{V - v}} + \frac{{BC}}{{V + v}} = BC\left( {\frac{1}{{V - v}} + \frac{1}{{V + v}}} \right) = 1,5\] (3)

Từ (2), (3) \[ \Rightarrow AC = 2BC \Rightarrow AC = \frac{2}{3}AB\] thay vào (1) được:

Mà thời gian đi của tàu từ A tới C bằng thời gian đi của tàu từ B tới C nên

\[\frac{{AC}}{{V + v}} = \frac{{BC}}{{V - v}} \Rightarrow V = 3v\]

Thay \[AC = \frac{2}{3}AB\] và \[V{\rm{ }} = {\rm{ }}3v\;\]vào (2)

\[\frac{2}{3}AB\left( {\frac{1}{{4v}} + \frac{1}{{2v}}} \right) = 3 \Rightarrow AB = 6v\] (4)

Để thời gian cả đi lẫn về của hai tàu như nhau thì hai tàu gặp nhau ở vị trí C’

\[ \Rightarrow \frac{{AC\prime }}{{V + v}} + \frac{{AC\prime }}{{V - v}} = \frac{{BC\prime }}{{V - v}} + \frac{{BC\prime }}{{V + v}} \Rightarrow AC\prime = BC\prime = \frac{{AB}}{2}\]

Khi xuất phát tàu B xuất phát trước tàu A một khoảng \[{t_0}\], ta có:

\[ \Rightarrow BC\prime \left( {\frac{1}{{V - v}} - \frac{1}{{V + v}}} \right) = {t_0} \Rightarrow \frac{{AB}}{2}\left( {\frac{1}{{2v}} - \frac{1}{{4v}}} \right) = {t_0}\]

Thay (4) vào \[ \Rightarrow {t_0} = \frac{{6v}}{2}.\frac{1}{{4v}} = 0,75{\mkern 1mu} h\]

Vậy tàu A phải xuất phát muộn hơn tàu B là 0,75 h = 45 phút.