Để giải bài toán này, chúng ta sẽ phân tích từng trường hợp của mạch điện.
### Thông số đã cho:
- Điện áp nguồn \( E = 11,5~V \)
- Điện trở trong của nguồn \( r = 0,8~\Omega \)
- Điện trở \( R_1 = 4,2~\Omega \)
- Điện trở \( R_2 = R_3 = R_4 = 2,1~\Omega \)
- Điện trở \( R_A = 0 \)
- Điện trở vôn kế \( R_V \) rất lớn.
### a) K1, K2 mở
Khi K1 và K2 mở, mạch chỉ có điện trở \( R_1 \) và điện trở trong \( r \) của nguồn.
Tổng điện trở \( R_t = R_1 + r = 4,2 + 0,8 = 5~\Omega \).
Dòng điện \( I \) trong mạch được tính bằng công thức:
\[
I = \frac{E}{R_t} = \frac{11,5}{5} = 2,3~A
\]
Vôn kế sẽ đo điện áp trên \( R_1 \):
\[
U_{R_1} = I \cdot R_1 = 2,3 \cdot 4,2 = 9,66~V
\]
**Kết quả:**
- Số chỉ ampe kế: \( 2,3~A \)
- Số chỉ vôn kế: \( 9,66~V \)
### b) K1 mở, K2 đóng
Khi K1 mở và K2 đóng, mạch sẽ có \( R_2, R_3, R_4 \) nối song song.
Điện trở tương đương của \( R_2, R_3, R_4 \) là:
\[
\frac{1}{R_{234}} = \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} + \frac{1}{R_4} = \frac{1}{2,1} + \frac{1}{2,1} + \frac{1}{2,1} = \frac{3}{2,1} \Rightarrow R_{234} = \frac{2,1}{3} \approx 0,7~\Omega
\]
Tổng điện trở \( R_t = R_1 + r + R_{234} = 4,2 + 0,8 + 0,7 = 5,7~\Omega \).
Dòng điện \( I \) trong mạch:
\[
I = \frac{E}{R_t} = \frac{11,5}{5,7} \approx 2,02~A
\]
Vôn kế sẽ đo điện áp trên \( R_1 \):
\[
U_{R_1} = I \cdot R_1 = 2,02 \cdot 4,2 \approx 8,484~V
\]
**Kết quả:**
- Số chỉ ampe kế: \( 2,02~A \)
- Số chỉ vôn kế: \( 8,484~V \)
### c) K1 đóng, K2 mở
Khi K1 đóng và K2 mở, mạch sẽ có \( R_1 \) và \( R_2 \) nối song song.
Điện trở tương đương của \( R_1 \) và \( R_2 \):
\[
\frac{1}{R_{12}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} = \frac{1}{4,2} + \frac{1}{2,1} = \frac{2,1 + 4,2}{4,2 \cdot 2,1} = \frac{6,3}{8,82} \Rightarrow R_{12} \approx 1,4~\Omega
\]
Tổng điện trở \( R_t = R_{12} + r = 1,4 + 0,8 = 2,2~\Omega \).
Dòng điện \( I \) trong mạch:
\[
I = \frac{E}{R_t} = \frac{11,5}{2,2} \approx 5,23~A
\]
Vôn kế sẽ đo điện áp trên \( R_1 \):
\[
U_{R_1} = I \cdot R_1 = 5,23 \cdot 4,2 \approx 21,966~V
\]
**Kết quả:**
- Số chỉ ampe kế: \( 5,23~A \)
- Số chỉ vôn kế: \( 21,966~V \)
### d) K1, K2 đóng
Khi K1 và K2 đều đóng, mạch sẽ có \( R_1 \) và \( R_2 \) nối song song, và \( R_3, R_4 \) cũng nối song song.
Điện trở tương đương của \( R_3 \) và \( R_4 \):
\[
\frac{1}{R_{34}} = \frac{1}{R_3} + \frac{1}{R_4} = \frac{1}{2,1} + \frac{1}{2,1} = \frac{2}{2,1} \Rightarrow R_{34} = 1,05~\Omega
\]
Điện trở tương đương của \( R_1 \) và \( R_2 \):
\[
\frac{1}{R_{12}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} = \frac{1}{4,2} + \frac{1}{2,1} = \frac{6,3}{8,82} \Rightarrow R_{12} \approx 1,4~\Omega
\]
Tổng điện trở \( R_t = R_{12} + R_{34} + r = 1,4 + 1,05 + 0,8 = 3,25~\Omega \).
Dòng điện \( I \) trong mạch:
\[
I = \frac{E}{R_t} = \frac{11,5}{3,25} \approx 3,54~A
\]
Vôn kế sẽ đo điện áp trên \( R_1 \):
\[
U_{R_1} = I \cdot R_1 = 3,54 \cdot 4,2 \approx 14,868~V
\]
**Kết quả:**
- Số chỉ ampe kế: \( 3,54~A \)
- Số chỉ vôn kế: \( 14,868~V \)
### Tóm tắt kết quả:
- a) \( 2,3~A \), \( 9,66~V \)
- b) \( 2,02~A \), \( 8,484~V \)
- c) \( 5,23~A \), \( 21,966~V \)
- d) \( 3,54~A \), \( 14,868~V \)