Vật lí 11 Bài 9: Định luật Ôm đối với toàn mạch | Giải bài tập Vật lí 11

(1)

Bài 9: Định luật Ôm đối với toàn mạch

C1 trang 51 SGK Vật Lí 11: Trong thí nghiệm hình 9.2 trang 50 SGK, mạch điện phải như thế nào để cường độ dòng điện I = 0 và tương ứng U = Uo?

Tại sao Uo có giá trị lớn nhất và bằng suất điện động E của nguồn điện: Uo = E.

Lời giải:

- Khi mạch ngoài để hở hoặc mạch ngoài có điện trở vô cùng lớn thì cường độ dòng điện I = 0 và tương ứng U = U_o

- Ta có công thức tính hiệu điện thế:

U = IR = E - Ir

Vì mạch ngoài hở => I = 0, số chỉ vôn kế lúc này có giá trị lớn nhất và bằng suất điện động của nguồn U_o= E = U_max.

C2 trang 51 SGK Vật Lí 11: Từ hệ thức (9.4): UN = I.RN = E - Ir, hãy cho biết trong những trường hợp nào thì hiệu điện thế UAB giữa hai cực của nguồn điện bằng suất điện động E của nó?

Lời giải:

Hiệu điện thế UAB giữa hai cực của nguồn điện bằng suất điện động E của nó khi:

- điện trở trong của nguồn điện bằng không (r = 0);

- cường độ dòng điện trong mạch bằng không (I = 0) nếu điện trở ngoài RN rất lớn.

C3 trang 52 SGK Vật Lí 11: Một pin có số ghi trên vỏ là 1,5V và có điện trở trong là 1,0 Ω. Mắc một bóng đèn có điện trở R = 4,0 Ω vào hai cực của pin này để thành mạch điện kín. Tính cường độ dòng điện chạy qua đèn khi đó và hiệu điện thế giữa hai đầu của nó.

Lời giải:

(2)

Cường độ dòng điện qua đèn:

I 1,5 0,3(A)

R r 4 1

 E  

 

Hiệu điện thế giữa hai đầu bóng đèn: U = I.R = 0,3.4 = 1,2(V) Đáp số: I = 0,3A ; U = 1,2V

C4 trang 52 SGK Vật Lí 11: Hãy cho biết vì sao sẽ rất nguy hiểm nếu hiện tượng đoản mạch xảy ra đối với mạng điện ở gia đình. Biện pháp nào được sử dụng để tránh không xảy ra hiện tượng này?

Lời giải:

Mạng điện ở gia đình thường có hiệu điện thế lớn (220V), do đó khi bị đoản mạch thì cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn điện và các thiết bị điện rất lớn sẽ làm hư hỏng thiết bị và thậm chí gây cháy nổ các thiết bị đó dẫn đến gây nguy hiểm đến tính mạng con người.

Biện pháp phòng tránh:

- Mỗi thiết bị điện cần sử dụng công tắc riêng.

- Tắt các thiết bị điện (rút phích cắm) ngay khi không còn sử dụng.

- Nên lắp cầu chì ở mỗi công tắc, nó có tác dụng ngắt mạch ngay khi cường độ dòng điện qua cầu chì quá lớn.

C5 trang 53 SGK: Từ công thức (9.9): H ^A^{có ích} ^{U .I.t}^N ^U^N A E.I.t E

   hãy chứng tỏ

rằng, trong trường hợp mạch ngoài chỉ gồm điện trở thuần R_N thì hiệu suất của nguồn điện có điện trở trong r được tính bằng công thức: H = ^N

N

R R r Lời giải:

Nếu mạch ngoài chỉ có điện trở thuần:

(3)

Ta có: UN = I.RN và E = I.(RN + r) Hiệu suất của nguồn điện khi này:

N N N

N N

U R R

H I.

I(R r) R r

 E  

 

Bài 1 trang 54 SGK Vật Lí 11: Định luật ôm đối với toàn mạch đề cập tới loại mạch điện kín nào? Phát biểu định luật và viết hệ thức biểu thị định luật đó.

Lời giải:

- Định luật ôm đối với toàn mạch đề cập tới loại mạch điện kín đơn giản nhất gồm nguồn điện có suất điện động E và điện trở trong r, mạch ngoài gồm các vật dẫn có điện trở tương đương RN.

- Phát biểu định luật:

Cường độ dòng điện chạy trong mạch điện kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần của mạch đó.

- Hệ thức biểu thị định luật:

ξ = I (R_N + r) hay I =

RN r





Bài 2 trang 54 SGK Vật Lí 11: Độ giảm điện thế trên một đoạn mạch là gì ? Phát biểu mối quan hệ giữa suất điện động của nguồn điện và các độ giảm điện thế của các đoạn mạch trong mạch điện kín.

Lời giải:

- Độ giảm điện thế trên một đoạn mạch là tích của cường độ dòng điện chạy trong mạch với điện trở của mạch:

UN = I.RN

- Mối quan hệ giữa suất điện động của nguồn điện và các độ giảm điện thế của các đoạn mạch trong mạch điện kín: Suất điện động của nguồn điện có giá trị bằng tổng các độ giảm điện thế ở mạch ngoài và mạch trong:

(4)

E = I.R_N+ I.r

Bài 3 trang 54 SGK Vật Lí 11: Hiện tượng đoản mạch xảy ra khi nào và có thể gây ra những tác hại gì? Có cách nào để tránh được hiện tượng này?

Lời giải:

- Hiện tượng đoản mạch xảy ra khi nối hai cực của một nguồn điện bằng một dây dẫn có điện trở rất nhỏ. Khi đó dòng điện trong mạch có cường độ rất lớn và có hại. Hiện tượng đoản mạch xảy ra có thể làm nóng và cháy các thiết bị dùng điện và có thể gây hỏa hoạn.

Biện pháp phòng tránh:

– Tắt các thiết điện (rút phích cắm) ngay khi không còn sử dụng;

– Lắp cầu chì ở mỗi công tắc nó có tác dụng ngắt mạch ngay khi cường độ dòng điện qua cầu chì quá lớn.

Bài 4 trang 54 SGK Vật Lí 11: Trong mạch điện kín, hiệu điện thế mạch ngoài U_N phụ thuộc như thế nào vào điện trở R_N của mạch ngoài?

A. U_N tăng khi R_N tăng.

B. UN giảm khi RN giảm.

C. UN không phụ thuộc vào RN.

D. UN lúc đầu giảm, sau đó tăng dần khi RN tăng dần từ 0 đến vô cùng.

Lời giải:

Ta có:

UN = I.RN = _N

N

.R r

R r I

R

E  E

 

Khi RN tăng thì 1 +

N

r

R giảm, do đó UN tăng.

Chọn đáp án A

Bài 5 trang 54 SGK Vật Lí 11: Mắc một điện trở 14 Ω vào hai cực của một nguồn điện có điện trở trong là 1Ω thì hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn là 8,4V.

a) Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch và suất điện động của nguồn điện.

b) Tính công suất mạch ngoài và công suất của nguồn điện khi đó.

(5)

Lời giải:

a) Cường độ dòng điện trong mạch:

I = ^N

N

U 8, 4

R  14 = 0,6A

Suất điện động của nguồn điện:

E = UN + I.r = 8,4 + 0,6.1 = 9V b) Công suất mạch ngoài:

Pmạch = U.I = 8,4.0,6 = 5,04 W Công suất của nguồn điện:

Pnguồn = E . I = 9 . 0,6 = 5,4 W Đáp án:

a) I = 0,6A; b) E = 9V; c) Pmạch = 5,04W ; Pnguồn = 5,4 W

Bài 6 trang 54 SGK Vật Lí 11: Điện trở trong của một Acquy là 0,06Ω và trên vỏ của nó có ghi 12 V. Mắc vào hai cực của acquy này một bóng đèn có ghi 12V- 5W a) Hãy chứng tỏ rằng bóng đèn khi đó gần như sáng bình thường và tính công suất tiêu thụ điện thực tế của bóng đèn khi đó.

b) Tính hiệu suất của nguồn điện trong trường hợp này.

Lời giải:

a)

Bóng đèn có ghi 12V- 5W

=> U_đm = 12V, P_đm = 5W

=> Điện trở bóng đèn:

(6)

2 2 dm

dm

U 12

R 28,8

P 5

   

Cường độ dòng điện chạy qua đèn:

I 12 0, 4158A

R r 28,8 0,06

 E  

 

Hiệu điện thế hai đầu bóng đèn khi này:

U = I.R = 0,4158.28,8 = 11,975V

Giá trị này gần bằng hiệu điện thế định mức ghi trên bóng đèn, nên ta sẽ thấy đèn sáng gần như bình thường.

Công suất tiêu thụ của bóng đèn khi này là:

P = U.I = 11,975.0,4158 ≈ 4,98W b) Hiệu suất của nguồn điện là:

H = U 11,975

.100% 99,8%

E  12 

Đáp án: a) P ≈ 4,98W ; b) H = 99,8%

Bài 7 trang 54 SGK Vật Lí 11: Nguồn điện có suất điện động là 3V và có điện trở trong là 2Ω. Mắc song song hai bóng đèn như nhau có cùng điện trở là 6Ω vào hai cực của nguồn điện này.

a) Tính công suất tiêu thụ điện của mỗi bóng đèn.

b) Nếu tháo bỏ một bóng đèn thì bóng đèn còn lại sáng mạnh hơn hay yếu hơn so với trước đó.

Lời giải:

a) Điện trở tương đương của hai bóng đèn:

(7)

d1 d 2 N

d1 d 2

R .R 6.6

R 3

R R 6 6

   

 

Cường độ dòng điện trong mạch:

N

I 3 0,6A

R r 3 2

 E  

 

Vì hai đèn giống nhau mắc song song nên cường độ dòng điện qua mỗi đèn là:

I_đ1 = I_đ2 = I

2= 0,3A

Công suất tiêu thụ của mỗi bóng đèn:

Pđ1 = Pđ2 = Rđ1.I²đ1 = 6. 0,3² = 0,54W

b) Nếu tháo bỏ một bóng đèn (giả sử tháo bỏ đèn 2):

Cường độ dòng điện trong mạch:

' d 2 d1

I ' 3 0,375A I

R r 6 2

 E   

 

Công suất tiêu thụ của bóng đèn 1:

Pđ1 = Rđ1.I²đ1 = 6. 0,375² ≈ 0,84W Vậy đèn còn lại sẽ sáng hơn lúc trước

Đáp án: a) Pđ = 0,54W; b) sáng mạnh hơn lúc đầu