Bài học

Nhận diện cấu trúc nối tiếp – song song trong mạch nhiều nhánh

Em sẽ làm được gì?

Xác định đúng bóng đèn nào mắc nối tiếp, bóng nào mắc song song trong một mạch có từ ba bóng đèn trở lên, bằng cách tìm điểm nút — không đoán theo cảm giác nhìn hình.

Cần nhớ trước

Mạch nối tiếp: chỉ một đường duy nhất cho dòng điện, cường độ dòng điện I bằng nhau tại mọi điểm. Mạch song song: nhiều nhánh cùng nối chung hai điểm, hiệu điện thế U hai đầu mỗi nhánh bằng nhau. (Vật lí 8, Course 6 — Mạch điện đơn giản.)

Sách giáo khoa hay cho mạch hai bóng, vẽ rất rõ ràng: hai bóng nằm cạnh nhau trên một đường dây là nối tiếp, hai bóng nằm trên hai nhánh tách rời là song song. Đề thi học sinh giỏi thì khác — mạch có bốn, năm bóng, vẽ chen chúc trên một trang giấy, và nhìn bằng mắt thường rất dễ đoán sai. Bài này dạy một cách làm không phụ thuộc vào việc hình vẽ đẹp hay xấu: tìm điểm nút.

Điểm nút là gì

Điểm nút là nơi có từ ba dây dẫn trở lên gặp nhau — chính là nơi dòng điện có quyền "rẽ nhánh". Hai điểm nối với nhau chỉ bởi đúng một đoạn dây (không rẽ đi đâu khác) thì mọi phần tử nằm trên đoạn đó mắc nối tiếp với nhau. Hai điểm nút mà có từ hai đoạn dây trở lên cùng nối chúng thì các đoạn đó mắc song song.

Điểm nút là nơi có từ **ba dây dẫn trở lên** gặp nhau — chính là nơi dòng điện có quyền "rẽ nhánh". Hai điểm nối với nhau chỉ bởi đúng **một** đoạn dây (không rẽ đi đâu khác) thì mọi phần tử nằm trên đoạn đó mắc nối tiếp với nhau. Hai điểm nút mà có từ **hai đoạn dây trở lên** cùng nối chúng thì các đoạn đó mắc song song.

Áp dụng đúng thứ tự bốn bước này cho mọi mạch, dù mạch được vẽ rối đến đâu.

Ví dụ

Ví dụ 1 — Một bóng nối tiếp một cặp song song

1
Mạch gồm nguồn điện, bóng đèn Đ1, và hai bóng Đ2, Đ3 mắc theo mô tả sau: dòng điện từ cực dương nguồn đi qua Đ1 tới điểm nút M; tại M, mạch chia làm hai nhánh, một nhánh qua Đ2, một nhánh qua Đ3, cả hai nhánh cùng gặp lại nhau tại điểm nút N rồi về cực âm nguồn. Hỏi Đ1, Đ2, Đ3 mắc với nhau như thế nào?
2
Đề không vẽ hình, chỉ mô tả bằng lời — học sinh phải tự dựng lại mạch trong đầu bằng đúng phương pháp điểm nút, không được đoán theo trực giác "ba bóng thì chắc có bóng nối tiếp, có bóng song song" mà không chỉ ra nút cụ thể.
3
Từ cực dương đến M chỉ có đúng một đường (qua Đ1) — đoạn này nối tiếp. Từ M đến N có hai đường khác nhau (qua Đ2 và qua Đ3) — hai đoạn này song song với nhau.
4
Xét đoạn cực dương – M: chỉ có Đ1 nằm trên đó, không rẽ nhánh nào khác. Do đó Đ1 nối tiếp với cụm còn lại. (1)

Xét đoạn M – N: có hai đường cùng nối M với N, một đường qua Đ2, một đường qua Đ3. Theo định nghĩa mạch song song, Đ2 song song với Đ3. (2)

Kết hợp (1) và (2): toàn mạch có cấu trúc $\text{Đ1 nt (Đ2 // Đ3)}$ .
Xét đoạn cực dương – M: chỉ có Đ1 nằm trên đó, không rẽ nhánh nào khác. Do đó Đ1 nối tiếp với cụm còn lại. (1) Xét đoạn M – N: có hai đường cùng nối M với N, một đường qua Đ2, một đường qua Đ3. Theo định nghĩa mạch song song, Đ2 song song với Đ3. (2) Kết hợp (1) và (2): toàn mạch có cấu trúc $\text{Đ1 nt (Đ2 // Đ3)}$.
5
Nếu đề nói thêm N nối thẳng ra cực âm bằng một đoạn dây có Đ4 xen giữa, thì Đ4 lại nối tiếp với cả cụm $\text{Đ1 nt (Đ2 // Đ3)}$ phía trước nó — luôn xét mạch "từ cực này sang cực kia", không dừng lại giữa chừng.
Nếu đề nói thêm N nối thẳng ra cực âm bằng một đoạn dây có Đ4 xen giữa, thì Đ4 lại nối tiếp với cả cụm $\text{Đ1 nt (Đ2 // Đ3)}$ phía trước nó — luôn xét mạch "từ cực này sang cực kia", không dừng lại giữa chừng.

Mạch nhiều tầng: khối song song lồng trong khối nối tiếp

Mạch càng nhiều bóng, cấu trúc càng có thể lồng nhiều tầng. Mẹo là gom một cụm đã xác định xong (ví dụ Đ2 // Đ3) lại thành một khối duy nhất, rồi xét khối đó với các bóng còn lại y hệt như xét một bóng đơn — không cần "nhớ" toàn bộ mạch cùng lúc.

Ví dụ

Ví dụ 2 — Mạch năm bóng nhiều tầng

1
Mạch có năm bóng Đ1, Đ2, Đ3, Đ4, Đ5 mắc theo thứ tự: từ cực dương qua Đ1 tới nút M; từ M, dòng điện chia làm hai nhánh tới nút N — nhánh thứ nhất đi thẳng qua Đ4, nhánh thứ hai đi qua Đ2 rồi Đ3 nối tiếp nhau; từ N qua Đ5 rồi về cực âm. Hãy xác định cấu trúc đầy đủ của mạch.
2
Nhánh thứ hai của cụm M–N (Đ2 rồi Đ3) tự nó lại là một đoạn nối tiếp, trong khi cả cụm M–N lại song song với nhánh Đ4. Học sinh hay bị rối vì phải xử lý hai tầng cấu trúc cùng lúc: nối tiếp bên trong song song.
3
Xử lý từ trong ra ngoài: trước tiên xác định Đ2 và Đ3 nối tiếp với nhau (chỉ một đường nối chúng), gộp chúng thành một khối gọi là $B = \text{Đ2 nt Đ3}$ . Sau đó xét khối B với Đ4 y như xét hai bóng đơn: cả hai cùng nối M với N nên B // Đ4.
Xử lý từ trong ra ngoài: trước tiên xác định Đ2 và Đ3 nối tiếp với nhau (chỉ một đường nối chúng), gộp chúng thành **một khối** gọi là $B = \text{Đ2 nt Đ3}$. Sau đó xét khối B với Đ4 y như xét hai bóng đơn: cả hai cùng nối M với N nên B // Đ4.
4
Bước 1 — Đoạn Đ2–Đ3: chỉ có một đường nối chúng, không rẽ nhánh $\Rightarrow$ Đ2 nt Đ3, gộp thành khối $B$ . (1)

Bước 2 — Đoạn M–N: có hai đường, một qua Đ4, một qua khối $B$ $\Rightarrow$ $\text{Đ4 // } B$ . (2)

Bước 3 — Đoạn cực dương–M chỉ có Đ1, đoạn N–cực âm chỉ có Đ5 $\Rightarrow$ cả hai nối tiếp với cụm giữa. (3)

Từ (1), (2), (3): $\text{Đ1 nt [(Đ2 nt Đ3) // Đ4] nt Đ5}$ .
Bước 1 — Đoạn Đ2–Đ3: chỉ có một đường nối chúng, không rẽ nhánh $\Rightarrow$ Đ2 nt Đ3, gộp thành khối $B$. (1) Bước 2 — Đoạn M–N: có hai đường, một qua Đ4, một qua khối $B$ $\Rightarrow$ $\text{Đ4 // } B$. (2) Bước 3 — Đoạn cực dương–M chỉ có Đ1, đoạn N–cực âm chỉ có Đ5 $\Rightarrow$ cả hai nối tiếp với cụm giữa. (3) Từ (1), (2), (3): $\text{Đ1 nt [(Đ2 nt Đ3) // Đ4] nt Đ5}$.
5
Nếu đổi Đ4 thành một khối khác, ví dụ "Đ4 nối tiếp Đ6", thì bước 2 chỉ đổi từ $\text{Đ4 // }B$ thành $(\text{Đ4 nt Đ6}) \text{ // } B$ — cách làm không đổi, chỉ khối bên phải phình to hơn. Luôn gộp khối trước khi so sánh song song.
Nếu đổi Đ4 thành một khối khác, ví dụ "Đ4 nối tiếp Đ6", thì bước 2 chỉ đổi từ $\text{Đ4 // }B$ thành $(\text{Đ4 nt Đ6}) \text{ // } B$ — cách làm không đổi, chỉ khối bên phải phình to hơn. Luôn gộp khối trước khi so sánh song song.

Bẫy thường gặp

Nhiều học sinh thấy hình vẽ có bóng đèn nằm "thẳng hàng" liền cho là nối tiếp, bóng nằm "tách ra hai bên" liền cho là song song — chỉ đúng khi mạch vẽ đẹp. Luôn quay lại quy tắc điểm nút: đếm số đường nối giữa hai điểm, đừng đoán theo hình dáng.

Tổng kết

Phương pháp điểm nút cho một quy trình chắc chắn, không phụ thuộc vào hình vẽ đẹp hay rối: tìm nút, đếm đường giữa hai nút, gộp khối từ trong ra ngoài. Bài tiếp theo sẽ đẩy phương pháp này lên mức khó hơn — khi hình vẽ cố tình làm cho các dây trông như cắt nhau để đánh lừa mắt.