SKKN Dạy học theo mô hình "Lớp học đảo ngược" trong dạy học chủ đề "Dòng điện trong chất bán dẫn" Vật lí 11

Nội dung tóm tắt: SKKN Dạy học theo mô hình "Lớp học đảo ngược" trong dạy học chủ đề "Dòng điện trong chất bán dẫn" Vật lí 11

1. PHỤ LỤC 3 Phiếu trả lời hướng dẫn tự học ở nhà số 2 Trường THPT: Lớp: 11A Nhóm 2 Trả lời các câu hỏi Câu1. Thế nào là lớp chuyển tiếp p- n ? Để hình dung sự hình thành lớp chuyển tiếp p-n, các em hãy trả lời các câu hỏi gợi ý sau : - Hạt tải điện chủ yếu ở bán dẫn n và bán dẫn p là hạt gì ? - Khi chất bán dẫn p và n tiếp xúc nhau thì xảy ra hiện tượng gì ? Lúc đó, ở lớp chuyển tiếp p-n sẽ hình thành lớp nghèo. Vì sao nó lại có tên gọi là lớp nghèo ? Vì sao ở 2 bên lớp nghèo lại có các ion dương và ion âm ? Tại chỗ tiếp xúc, hình thành 1 điện trường có chiều như thế nào ? Điện trường này có tác dụng gì ? Vậy tại sao khi chưa có điện trường ngoài, lại không có dòng điện qua chất bán dẫn ? - Lớp chuyển tiếp p-n là chỗ tiếp xúc của miền mang tính bán dẫn p và miền mang tính bán dẫn được tạo ra trên một tinh thể bán dẫn. - Sự hình thành lớp chuyển tiếp p-n : - Hạt tải điện chủ yếu ở bán dẫn n là electron, còn hạt tải điện chủ yếu ở bán dẫn p là lỗ trống. - Khi miền bán dẫn p tiếp xúc với miền bán dẫn n thì xảy ra hiện tượng khuếch tán các hạt cơ bản (electron từ n sang p, lỗ trống từ p sang n) tạo thành dòng điện Ikt, nên tại lớp chuyển tiếp p-n chúng trà trộn vào nhau. Khi electron gặp lỗ trống, nó sẽ nối lại mối liên kết và 1 cặp electron – lỗ trống sẽ biến mất. Lúc đó, ở lớp chuyển tiếp p-n sẽ hình thành lớp nghèo. Tên gọi đó để chỉ lớp “nghèo” hạt tải điện, hay không có hạt tải điện. - Các ion dương và âm có mặt ở lớp nghèo là do kết quả của sự ra đi của electron và lỗ trống từ các mặt bên đó vào trong lớp nghèo và tái hợp nhau. - Tại chỗ tiếp xúc, hình thành 1 điện trường có chiều từ n sang p, điện trường này đẩy lỗ trống từ n sang p, electron từ p sang n, tạo thành dòng điện cuốn trôi Ict. Nhưng khi chưa có điện trường ngoài thì chưa có dòng điện qua chất bán dẫn, vì hai dòng điện này bù trừ lẫn nhau nên dòng điện tổng cộng bằng 0. Trang 53
2. Câu 2. Khi đặt 1 điện trường ngoài có chiều từ bán dẫn p sang bán dẫn n, thì các hạt tải điện chuyển động như thế nào ? Nhận xét về cường độ dòng điện ? Lúc đó chiều dòng điện qua lớp nghèo gọi là gì ? Khi đảo chiều điện trường, nhận xét về sự di chuyển của các hạt tải điện qua lớp nghèo ? Lúc đó chiều dòng điện qua lớp nghèo gọi là gì ? - Khi đặt 1 điện trường có chiều hướng từ bán dẫn p sang n, thì lỗ trống trong bán dẫn p sẽ chạy theo điện trường vào lớp nghèo; electron trong bán dẫn n sẽ chạy ngược chiều điện trường vào lớp đó. Hạt tải điện qua lớp nghèo là hạt cơ bản, nên dòng điện có cường độ lớn, chiều dòng điện từ p sang n là chiều thuận. - Khi đặt 1 điện trường có chiều hướng từ bán dẫn n sang p, electron và lỗ trống khó khuếch tán qua lớp nghèo. Do vậy không có dòng điện qua lớp chuyển tiếp. Chiều dòng điện từ n sang p là chiều ngược. Câu 3. Tìm hiểu các ứng dụng của chất bán dẫn ? Đi ốt là 1 ứng dụng của chất bán dẫn. Nêu cấu tạo điốt ? Mô tả và giải thích đường đặc tuyến Vôn – ampe của đi ốt ở hình 17.6 SGK Vật lí 11 ? Đường đặc tuyến của nó có dạng nào nữa không ? Điốt có những loại nào ? Công dụng của điốt ? Ưu tiên điểm cho nhóm nào sưu tầm đi ốt và mắc được mạch cầu chỉnh lưu của đi ốt ? Ứng dụng chất bán dẫn : Trang 54
3. - Cảm biến nhiệt độ được trong điều hòa không khí được làm từ chất bán dẫn. Nồi cơm điện có thể nấu cơm một cách hoàn hảo là nhờ hệ thống điều khiển nhiệt độ chính xác có sử dụng chất bán dẫn. Bộ vi xử lý của máy tính CPU cũng được làm từ các nguyên liệu chất bán dẫn. - Nhiều sản phẩm tiêu dùng kỹ thuật số như điện thoại di động, máy ảnh, TV, máy giặt, tủ lạnh và bóng đèn LED cũng sử dụng chất bán dẫn. - Ngoài lĩnh vực điện tử tiêu dùng, chất bán dẫn cũng đóng một vai trò trung tâm trong hoạt động của các máy ATM, xe lửa, internet, truyền thông và nhiều thiết bị khác trong cơ sở hạ tầng xã hội, chẳng hạn như trong mạng lưới y tế được sử dụng để cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe người cao tuổi, vv Thêm vào đó, hệ thống hậu cần hiệu quả sẽ giúp tiết kiệm năng lượng, thúc đẩy việc bảo tồn môi trường toàn cầu Điốt là 1 lớp chuyển tiếp p-n. + Khi UAK 0, dòng điện là dòng thuận (dòng của các hạt tải điện cơ bản e từ lớp n sang p, lỗ trống từ p sang n). Vì mật độ hạt tải điện cơ bản nhiều hơn hạt tải điện không cơ bản nên dòng điện thuận có cường độ tăng nhanh khi tăng UAK. Một số dạng khác : I I0 O U0 U ì + n 0 h Trang 55 3
4. Theo công nghệ chế tạo, điốt được phân ra : - Đi ốt tiếp điểm : Chỗ tiếp giáp p-n là 1 điểm rất nhỏ, chỉ cho dòng điện nhỏ đi qua, thường dùng để tách sóng và trộn tần. - Đi ốt tiếp mặt : Chỗ tiếp giáp p-n có diện tích lớn, cho dòng điện lớn đi qua, được dùng để chỉnh lưu. Theo chức năng, điốt được phân ra các loại chính sau : - Đi ốt ổn áp : Dùng để ổn định điện áp 1 chiều - Đi ốt chỉnh lưu : Biến đổi dòng điện xoay chiều thành 1 chiều Câu 3. Thế nào là hiện tượng phun hạt tải điện khi dòng điện qua lớp chuyển tiếp p-n theo chiều thuận ? Tại sao các hạt tải điện không thể đi xa quá 0,1 mm ? Là hiện tượng các hạt tải điện đi vào lớp nghèo, có thể đi tiếp sang miền đối diện. Các hạt tải điện không thể đi xa quá 0,1 mm, vì cả 2 miền p và n lúc này đều có electron và lỗ trống nên chúng dễ gặp nhau và biến mất từng cặp. Trang 56
5. PHỤ LỤC 4 HỆ THỐNG BÀI TẬP CÓ PHÂN LOẠI Dạng 1, Dạng bài tập đi ốt mà I phụ thuộc vào U theo hàm bậc 2 Hướng dẫn : sử dụng định luật Ôm, định luật Kiếc sốp tại các nút để lập các phương trình, tìm ẩn. Tuy nhiên, phải chú ý I, U ở 2 đầu đi ốt có mối quan hệ như bài toán đã cho. BT1.(Mạch ở mức độ đơn giản) Cho mạch điện như hình 3. Với E = 1,5V; r = 0; R=50 . . Biết rằng đường đặc trưng B vôn-ampe của điôt D (tức là sự phụ thuộc của dòng điện đi R D qua điôt vào hiệu điện thế hai đầu của nó) được mô tả bởi -2 2 công thức I = 10 U , trong đó I được tính bằng amp, còn U E,r được tính bằng vôn. Xác định cường độ dòng điện trong mạch. 2 Giải. Tacó:U+UR = E, trong đó UR = IR = 0,01U .R - Thay số vào ta được phương trình : 0,5U2 + U – 1,5 = 0 - Giải phương trình này và lấy nghiệm U = 1V, suy ra UR = 0,5V U - Dòng điện trong mạch là: I = R 0,01A. R BT2. ( Mạch ở mức độ phức tạp hơn) Thi thử HSG Cụm Thanh Chương năm học 2019- 2020 Cho mạch điện như hình 5, trong đó E1= 12V, E2= 11,5V, r1= 2Ω, r2= 3Ω. Dòng điện qua điốt Đ tuân theo quy luật I U 2 U , với 0,01A / V 2 và  0,05A / V . Tính cường độ dòng điện chạy qua mỗi nguồn, qua điốt và UAB. Giải. Gọi I1, I2, I lần lượt là cường độ dòng điện chạy qua nguồn E1, nguồn E2, và điốt. Giả sử các dòng điện có chiều như hình vẽ. Áp dụng định luật Ôm đối với từng đoạn mạch điện A E1B, A ĐB ta có: E1 U AB 12 U AB I1 (1) r1 2 E2 U AB 11,5 U AB I2 (2) r2 3 2 2 I U AB U AB 0,01.U AB 0,05.U AB (3) Xét tại nút A, ta có: I1 I2 I (4) Trang 57
6. Từ (1), (2), (3), (4) ta có: UAB= 10V; I1= 1A; I2= 0,5A; I=1,5A Dạng 2. Bài tập điốt cho đồ thị đường đặc trưng Vôn - Ampe Hướng dẫn : Xác định đường đặc trưng thường gặp những dạng nào trong các đề thi (đã nói ở tiết dạy lý thuyết), mô tả chúng để vận dụng vào bài tập. BT1. ( đường đặc trưng là đường cong) Đề thi HSG Tỉnh Nghệ An năm học 2013- 2014 Hãy giải thích một cách định tính đặc tuyến Vôn – ampe của 1 điốt bán dẫn cho trên Hình 5 + Khi UAK 0, dòng điện là dòng thuận (dòng của các hạt tải điện cơ bản e từ lớp n sang p, lỗ trống từ p sang n). Vì mật độ hạt tải điện cơ bản nhiều hơn hạt tải điện không cơ bản nên dòng điện thuận có cường độ tăng nhanh khi tăng UAK. BT2.( Đường đặc trưng là đường thẳng không qua gốc tọa độ: I phụ thuộc theo hàm bậc nhất của U, thông thường khi làm phải xác định mối quan hệ đó) Đề thi khảo sát đội tuyển HSG trường THPT Nguyễn Sỹ Sách 2019-2020 Cho mạch điện như hình vẽ 3: E = 6V, r = 1 R 1 = R3 = R4 = R5 = 1, R2 = 0,8, RX thay đổi từ 0 đến 100. Ban đầu RX = 2 a) Tính số chỉ của vôn kế và công suất tiêu thụ của R X khi K mở và khi K đóng b) K đóng, cho R X thay đổi từ 0 đến 10, cho biết số chỉ vôn kế tăng hay giảm. c) Hình vẽ 4 biễu diễn đường đặc trưng vôn-ampe của một phần tử phi tuyến nào đó. Nếu đặt vào hai đầu phần tử đó một hiệu điện thế U ≤ U 0= 100V thì không có dòng điện đi qua phần tử này, nhưng nếu đặt vào hai đầu phần tử đó một hiệu điện thế U > U 0 thì cường độ dòng điện qua nó tăng tuyến tính theo hiệu điện thế. Khi mắc phần tử này vào một nguồn điện có suất điện động không đổi và điện trở trong r = 25Ω thì cường độ dòng điện qua nó là I 1 = 2A, nhưng khi mắc nó với nguồn điện đó nhưng qua một tải có điện trở R = r thì dòng qua nó là I2 = 1A. Hãy xác định suất điện động của nguồn điện đó. Trang 58
7. Giải. - Dựa vào đường đặc trưng vôn-ampe ta thấy dòng điện I chạy qua phần tử phi tuyến tính này phụ thuộc vào hiệu điện thế U giữa hai phần tử. Khi 0 U0 thì I = a.U + b, với I = 0 thì U = U0 =100V nên b = -100a, trong đó I a = ∆I/∆U= const → U 100 (V) a - Khi mắc phần tử phi tuyến tính trên vào nguồn điện có suất điện động E và điện trở trong r = 25 Ω, cường độ dòng điện trong mạch là I1 =2A, ta có: I1 I1 2 1 E 150 E I1r U1 I1r 100 a (1) a E I1r 100 E 150 a 2 - Khi mắc phần tử phi tuyến tính trên vào nguồn điện như trên nhưng qua một tải tiêu thụ có điện trở R = r = 25 Ω, cường độ dòng điện trong mạch là I 2 =1A, ta có: I 1 E I r I R U I r I R 2 100 150 (2) 2 2 2 2 2 a a E 150 Thay (1) vào (2), ta có: E 150 E 150V 2 (Số liệu đề cho không hợp lý) BT3. (đường đặc trưng là đường thẳng song song với trục tọa độ: Khi điốt mở thì hiệu điện thế 2 đầu đi ốt luôn không đổi) HSG Cấp trường trường THPT Nguyễn Xuân Ôn 2016- 2017 Điốt Đ có đặc tuyến Vôn – Am pe được mô tả như hình vẽ, được mắc vào mạch điệnnhư sơ đồ trên .Khi UĐ U0 (hiệu điện thế thuận ) thì điốt mở. Khi UĐ < U0 thì thì điốt đóng: không có dòng điện qua điốt. Ban đầu K mở và tụ C chưa tích điện. Hỏi khi K đóng thì dòng điện qua mạch có cường độ bao nhiêu? Tính điện lượng qua mạch sau khi đóng K và nhiệt lượng tổng cộng tỏa ra trên R Trang 59
8. Hướng dẫn : Bài toán có liên quan năng lượng thì công cụ để giải quyết bài toán là định luật bảo toàn năng lượng ở thời điểm vừa đóng K và thời điểm đóng K, mạch ổn định. q Trong mạch kín: E U U U E Ri U C R D C 0 Ban đầu: Khi vừa đóng K thì tụ chưa tích điện nên q=0 E U E RI U I 0 0 0 0 R Sau đó C được tích điện , I giảm dần đến 0, khi đó UC E U0 Điện lượng qua mạch: q C.UC C(E U0 ) Bảo toàn năng lượng : Anguồn = QR +Wc + WĐ q2 C(E U )2  qE Q qU Q 0 R 2C 0 R 2 BT4: (đường đặc trưng là đường gấp khúc: Khi điốt mở có 2 giai đoạn) Hai điôt không lí tưởng giống nhau có đường đặc trưng vôn-ampe như trên hình 1 được mắc vào mạch điện như hình 2. Cho biết R = 16Ω, r = 4Ω, suất điện động của nguồn lí tưởng E = 4V, điện dung của tụ C = 100µF. Các tham số trên đường đặc trưng vôn- ampe của điôt: U 0 = 1V, I0 = 50mA. a) Đóng khóa K, hỏi tụ được nạp đến hiệu điện thế bằng bao nhiêu? b) Sau khi nạp điện cho tụ, mở khóa. Tính nhiệt lượng tỏa ra trên R và trên mỗi điôt. U r Đ1 H ì C n K E U0 h R + 1 0 O I0 I+ H 0 Đ2 ìn BT5. Đề khảo sáth đội tuyển HSG trường THPT Huỳnh Thúc Kháng năm 2019- 3 2020: Trong một hộp kín có hai điốt giống nhau và hai điện trở khác nhau. Đường đặc trưng vôn – ampe của hộp đen cho ở hình (H.7) và của điốt ở hình (H.8). Hãy xác định giá trị của mỗi điện trở. Trang 60
9. Giải. Do dòng điện chỉ xuất hiện khi hiệu điện thế 0,5V nên đi ốt không có điện trở mắc song song. Phần còn lại chỉ có thể là (R 1// đi ốt) nt R 2 hoặc R1// (R2 nt điốt) như hình vẽ : Sơ đồ thứ 2 không thỏa mãn vì đồ thị gãy khúc tại điểm có hiệu điện thế lớn hơn hiệu điện thế ngưỡng của điốt. Chỉ còn sơ đồ 1. Khi hiệu điện thế 2 đầu mạch là 0,5V thì đi ốt 1 mở : 2 điện trở nối tiếp, theo đồ thị ta có : R1 + R2 = 0,75/0,025 = 30 Ω. Lúc hiệu điện thế 2 đầu mạch là 0,75V thì điốt 2 mở nên lúc đó hiệu điện thế 2 đầu R1 là 0,5V, ngay lúc đó dòng qua R1 vẫn là 0,025A nên có : R1=0,5/0,025= 20 Ω Vậy điện trở còn lại là R2= 10Ω Dạng 3. Bài tập với đi ốt lý tưởng Đi ốt lý tưởng có điện trở thuận = 0, điện trở ngược vô cùng lớn. Do vậy khi điốt mở, điốt giống như 1 dây dẫn không có điện trở. BT1. Đề khảo sát đội tuyển HSG Đặng Thúc Hứa năm học 2017- 2018 Trong sơ đồ mạch điện như hình 2 hãy xác định cường độ dòng điện qua điốt lí tưởng D và điện áp trên điốt. Các tham số của mạch điện được cho trên hình vẽ. Bỏ qua điện trở của các nguồn. Trang 61
10. Hìn  2 h 2 D 2R 3 3R Giải. Áp dụng định lí kiếc - sốp II cho 2 vòng đã chọn như hình bên. Hìn 2  I1.2R  2 h 2 3  I2.3R  2 D 2R Suy ra: I ; I 3 1 2R 2 3R Áp dụng định lý kiếc – sốp 1 cho nút A, ta có: 3R  2 7 I I I 1 2 2R 3R 6R Kết quả I > 0 nên đi ốt cho dòng điện chạy qua có độ lớn 7 I 6R Đi ốt cho dòng điện chạy qua nên RD 0 U D 0 BT2. Cho mạch điện như hình vẽ, E1= 6V; E2= 3V; bỏ qua điện trở trong của các nguồn. Các điện trở R1= R2= 12Ω; R là biến trở. Các đi ốt là lý tưởng. a)Với giá trị nào của R thì các đi ốt đều mở? b)Tìm công suất tỏa nhiệt cực đại trên R khi R thay đổi. Trang 62
11. a) Giả sử cả 3 đi ốt đều mở, áp dụng định luật Ôm cho 3 đoạn mạch ta có E1 U AB 6 U AB I1 (1) R1 12 E2 U AB 3 U AB I2 (2) R2 12 U I AB (3) R Với I1,I2 ,I lần lượt là cường độ dòng điện qua đi ốt 1, 2, 3. 9R Tại nút A: I I I U (4) 3 1 2 AB 2(6 R) Thay (4) vào (1), (2), (3) ta được : R 4 12 R 9 I ; I ; I 1 8(R 6) 1 8(R 6) 1 2(R 6) Ta thấy I1, I3 luôn dương với mọi R, còn I2 >0 khi R < 12 Ω. Vậy để các điốt đều mở thì biến trở phải có giá trị nhỏ hơn 12 Ω. b) Ta xét 2 trường hợp: - Khi R< 12 Ω, cả 3 đi ốt mở: U 2 81 81 P I 2R AB P 0,8375W khi R= 6 Ω 3 6 max R 4( R ) 4.4.6 R - Khi R≥12 Ω: D2 đóng, coi như E1, R1, R tạo thành mạch kín. 2 2 2 E1 E1 E1 P R Pmax 0,75W khi R = 12 Ω. (R R) R 2 4R 1 ( 1 R) 1 R Vậy khi R biến thiên công suất cực đại trên R là 0,8375W khi R = 12 Ω. BT3. Đề thi khảo sát đội tuyển HSG cụm thi Hoàng Mai năm E1,r1 2020 E ,r D Cho mạch điện như hình 2. Các nguồn điện có suất điện động và Ag 2 2 gB R0 điện trở trong lần lượt làE1 36(V),r1 5() E2 32(V),r2 2() . Điốt lí R0 tưởng, mạch ngoài gồm hai điện trở giống nhau R0 50() mắc song song. Nếu mạch ngoài được mắc nối tiếp hai điện trở R0 50() thì công suất mạch ngoài tăng hay giảm bao nhiêu lần. Hình 2 Giải. Gọi I1, I2 , I là cường độ dòng điện chạy qua nguồn 1, nguồn 2 và mạch ngoài Trang 63
12. Nếu điốt mở: Áp dụng định luật ôm ta tính được ì ï E R ï 1 ï I 1 = - I ï r r ï 1 1 ï ï E2 R í I = - I ï 2 r r ï 2 2 ï Er + Er ï I = 1 2 2 1 ï r r + r + r R îï 1 2 ( 1 2 ) 2 æ r + r ÷ö 2 ç E1 2 E2 1 ÷ Công suất mạch ngoài khi điốt mở: P = RI = Rç ÷ 1 ç ÷ èçr1r2 + (r1 + r2 )R÷ø E2 Điều kiện để điốt mở nếu I 2 > 0 Û E2 > RI Þ R r1 điốt khóa lại,cường độ dòng điện mạch ngoài lúc này: E1 - E2 æ ö2 E1 ç E1 ÷ I ' = Công suất mạch ngoài lúc này: P = Rç ÷ 2 ç ÷ r1 + R èr1 + Rø E2 32 Như vậy, ta có R* = r1 = .5 = 40(W) E1 - E2 36 - 32 R + Khi mắc song song:R = R = 0 = 25(W) R* Þ điốt khóa công suất mạch ngoài æ ö2 ç E1 ÷ P = R ç ÷ 2 2 ç ÷ èçr1 + R2 ø P Do đó, ta có tỉ số: n = 1 » 3,34 P2 Dạng 4.Bài tập với đi ốt không lý tưởng Điốt không lý tưởng có điện trở thuận là số hữu hạn, điện trở ngược vô cùng lớn. Khi điốt mở, nó đóng vai trò là 1 điện trở. Nếu đề không nói gì thêm, thì dòng điện qua điốt tuân theo định luật Ôm. BT1. Trong sơ đồ mạch điện như hình vẽ 4, hai điốt giống nhau, hai pin có suất điện động E1 = 0,8V, E2 = 1,6V và điện trở R. Biết rằng điện trở của đi ốt đối với dòng thuận là R t = 4 Ω, còn đối với dòng nghịch là vô cùng lớn; điện trở Trang 64
13. trong của pin bằng không. Với giá trị nào của R thì công suất tỏa nhiệt trên điện trở đạt cực đại? Tính công suất cực đại ấy. Giải. Giả sử dòng điện qua hai đi ốt đều là dòng thuận. Theo định luật Ôm ta có: E1 R E2 E1 = I1Rt + IR; E2 = I2Rt + IR E1 E2 Và có I = I1 + I2 I Rt 2R E E 2 Khi đó công suất trên R là : P I 2 R 1 2 R R2 4R 4R t t R 2 Rt Rt Để PR lớn nhất thì 4R R 2() R 2 E1 E2 Khi đó U IR 0,6(V) ; I1 = 0,05(A); I2= 0,25(A) R 4 Dòng qua hai đi ốt đều là dòng thuận như đã giả sử. Vậy PRmax = 0,18(W) BT2. Đề thi HSG Tỉnh Nghệ An năm học 2015- 2016 Cho mạch điện như hình 5. Nguồn điện có suất điện động E =12V, điện trở trong r = 0,6 , AB là một biến trở con chạy có điện trở toàn phần là R = 9 . Ba ắc quy như nhau, mỗi cái có suất điện động e 0 và điện trở trong r 0 = 0,5  . Gọi điện trở phần AC là x. 1. Khi x = 6  thì các ắc quy được nạp điện và dòng qua mỗi ắc quy là 0,4A. Tính suất điện động của mỗi ắc quy và công suất tỏa nhiệt trên toàn bộ biến trở khi đó. 2. Bộ ắc quy trên ( ba ắc quy nối tiếp) khi đã được nạp đầy điện có thể dùng để thắp sáng bình thường được tối đa bao nhiêu bóng đèn loại 1,5V-1,5W . Nói rõ cách mắc các đèn khi đó. 3. Ba ắc quy trên khi đã nạp đầy điện được mắc vào mạch như hình 6 . Hai điốt giống nhau có điện trở thuận rD = 4  , điện trở ngược vô cùng lớn , R là một biến trở . Điều chỉnh giá trị R để công suất điện tiêu thụ trên biến trở là cực đại , tìm giá trị cực đại đó. Hìn 2e0, h 5 2r0 e , A 0 Hìn r e0, C 0 h 6 r0 D1 R E,r E2 D2 Trang 65
14. Giải. Chiều dòng điện như trên hình vẽ. B Tại nút A: I = I1 + I2 (I1 = 0,4 A) Sử dụng định luật Ôm cho các đoạn mạch ta có: B UAC = I2.x = 6I2 A e0, C UAC = E – I(r + RCB) = 12 – 3,6I I Ir10 UAC = 3e0 + 3r0I1 = 3e0 + 0,6 Giải hệ bốn phương trình trên ta được: I2 = 1,1A; I = 1,5A; e0 = 2V Từ đó: E,r 2 2 P PAC PCB RAC I2 RCB I 14,01(W) Đèn có cường độ định mức và điện trở là Iđ = 1A; Rđ = 1,5Ω. Bộ nguồn có Eb = 6V; rb = 1,5Ω. Để các đèn đều sáng bình thường thì phải mắc chúng hỗn hợp đối xứng. Gọi số đèn mắc nối tiếp nhau trên mỗi dãy là x, số dãy đèn mắc song song với nhau là y. Với x, y nguyên, dương. x.R 1,5x Ta có điện trở của bộ đèn là R d N y y E 6 Cường độ dòng điện chạy trong mạch chính là I b y.I y R r 1,5x d N b 1,5 y x + y = 4 . Suy ra số đèn tối đa là x.y = 4 . Vậy phải mắc 4 đèn thành 2 dãy song song, mỗi dãy gồm 2 đèn mắc nối tiếp nhau. Giả sử các đi ốt đều mở khi đó dòng điện có chiều như hình vẽ. Xét các vòng mạch ABDA, DCBD và nút B ta có hệ phương trình. 2 4,5i1 iR 0(1) 4 5i2 iR 0(2) i1 i2 i(3) Giải hệ trên ta được: B 2e0, 2r 20 4R 36+4R 56 0 i ; i ; i 1 45 19R 2 45 19R 45 19R i D2 2 A C Do i2 >0 với mọi R đi ốt D2 luôn mở i R Ta thấy khi R ≥ 5Ω i1 ≤ 0 điốt D1 đóng. e0, r0 i1 I2 Trang 66
15. Công suất trên điện trở R là 4e2 R 4e2 4e2 P 0 0 0 0,16(W) R 2 2 4 r 2r R rD 2r0 rD 2r0 D 0 R R Khi R 0 điốt D1 mở. 2 2 2 56 56 Công suất trên điện trở R là PR i R R 45 19R 45 19 R R PRmax ≈ 0,917 (W) Trang 67
16. PHỤ LỤC 5 HÌNH ẢNH TRẢI NGHIỆM CỦA HỌC SINH Ảnh chụp HS quan sát điốt trong điện thoại ở cửa hàng sửa chữa điện thoại Ảnh chụp HS quan sát điốt trong cửa hàng sửa chữa điện tử Trang 68
17. PHỤ LỤC 6 SƠ ĐỒ TƯ DUY CỦA BÀI HỌC Trang 69