Bài 9: Định luật Ôm với toàn mạch
Lý thuyết
Mục lục
* * * * *
Câu C1 trang 51 SGK Vật lý 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?
Taị sao Uo có giá trị lớn nhất và bằng suất điện động ℰ của nguồn điện : Uo = E
Hướng dẫn 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 = Uo
Ta có: U = IR = ℰ - Ir
Khi I = 0 thì U = Uo = E = Umax
Câu C2 trang 51 SGK Vật lý 11
Từ hệ thức:UN = I.RN = ℰ - Ir, hãy cho biết trong những trường hợp nào thì hiệu điện thế U giữa hai cực của nguồn điện bằng suất điện động E nó?
Hướng dẫn giải
- Khi điện trở trong của nguồn điện bằng không (r = 0);
- Khi cường độ dòng điện trong mạch bằng không (I = 0) nếu điện trở ngoài RN rất lớn.
Câu C3 trang 52 SGK Vật lý 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 = 4Ω vào hai cực của pin này để thành mạch điện kín. Tính cương độ dòng điện chạy qua đèn khi đó và hiệu điện thế giữa hai đầu của nó.
Hướng dẫn giải
Cường độ dòng điện qua đèn:
\(I = \dfrac{E}{{R + r}} = \dfrac{{1,5}}{{4 + 1}} = 0,3\,\,\left( A \right)\)
Hiệu điện thế giữa hai đầu bóng đèn:
U = IR = 0,3.4 = 1,2 (v)
Đáp số: I = 0,3A; U = 1,2V
Câu C4 trang 52 SGK Vật lý 11
Hãy cho biết vì sao rất nguy hiểm nếu để xảy ra 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?
Hướng dẫn giải
Sẽ rất nguy hiểm nếu xảy ra hiện tượng đoạn mạch đối với mạng điện gia đình vì khi đó 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 trì ở mỗi công tắc, nó có tác dụng ngắt mạch ngay khi cường độ dòng điện qua cầu chì quá lớn
Câu C5 trang 53 SGK Vật lý 11
Từ công thức : (9.9) \(H = \dfrac{{{A_{co{\rm{ i}}ch}}}}{A} = {U_N}.I\dfrac{t}{{\varepsilon .I.t}} = \dfrac{{{U_N}}}{\varepsilon }\), hãy chứng tỏ rằng trong trường hợp mạch ngoài chỉ gồm điện trở thuần RN thì hiệu suất của nguồn điện có điện trở trong r được tính bằng công thức: \(H = \dfrac{{{R_N}}}{{{R_N} + r}}\)
Hướng dẫn giải
Nếu mạch ngoài chỉ có điện trở thuần thì
.\({U_N} = I.{R_N}\) và \(\xi = I\left( {{R_N} + r} \right)\).
Hiệu suất của nguồn điện khi này:
\(H = \dfrac{{{U_N}}}{\xi } = I\dfrac{{{R_N}}}{{I\left( {{R_N} + r} \right)}} = \dfrac{{{R_N}}}{{{R_N} + r}}\)
=> ĐPCM
Bài 1 (SGK trang 54)
Định luật Ôm cho toàn mạch đề cập tới loại mạch điện kín nào? Phát biểu định luật và viết hệ thức biểu thị định luật đó.
Hướng dẫn giải
- Định luật Ôm cho toàn mạch đề cập tới loại mạch đỉện kín gồm nguồn điện có suất điện động E và điện trở trong r mắc với mạch ngoài bao gồm các vật dẫn có điện trở tương đương RN nối liền với hai cực của nguồn điện.
- Phát biểu định luật: Cường độ dòng điện trong mạch kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần của mạch đó.
-Biểu thức:
Bài 2 (SGK trang 54)
Độ giảm điện thế trên một đoạn mạch là gì? Phát biểu mối liên hệ giữa suất điện động của nguồn điện và các độ giảm điện thế của các đoạn mạch trong mạch điện kín.
Hướng dẫn giải
- Độ giảm điện thế trên một đoạn mạch là tích của cường độ dòng điện với điện trở của đoạn mạch đó.
- Phát biểu mối liên quan: Suất điện động của nguồn điện có giá trị bằng tổng các độ giảm thế ở mạch ngoài và mạch trong.
Bài 3 (SGK trang 54)
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?
Hướng dẫn giải
Hiện tượng đoản mạch xảy ta 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
Biện pháp phòng tránh:
- Mỗi thiết bị điện cần sử dụng công tắc riêng;
- Tắt các thiết 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
Bài 4 (SGK trang 54)
Trong mạch điện kín, hiệu điện thế mạch ngoài UN phụ thuộc như thế nào vào RN của mạch ngoài?
A. UN tăng khi RN tăng.
B. UN tăng khi RN giảm.
C. UN không phục thuộc vào RN.
D. UN lúc đầu giảm, sau đó tăng dẫn khi RN tăng dẫn từ 0 đến vô cùng.
Hướng dẫn giải
Bài 5 (SGK trang 54)
Mắc một điện trở 14 Ω vào hai cực của một nguồn điện có điện trở trong là 1 Ω thì hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn là 8,4 V.
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.
Hướng dẫn giải
Bài 6 (SGK trang 54)
Điện trở trong của một acquy là 0,06 Ω trên vỏ của nó ghi là 12V. Mắc vào hai cực của nó một bóng đèn ghi 12V – 5W.
a) Chứng tỏ rằng bóng đèn khi đó gần như sang bình thường và tính công suất tiêu thụ thực tế.
b) Tính hiệu suất của nguồn điện trong trường hợp này.
Hướng dẫn giải
Hiệu điện thế hai đầu bóng đèn khi này: U=IR=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 :
Bài 7 (SGK trang 54)
Nguồn điện có suất điện động là 3V và có điện trở trong là 2 Ω. Mắc song song hai bóng đèn như nhau có cùng điện trở là 6 Ω vào hai cực của nguồn điện này.
a) Tính công suất tiêu thụ của mỗi bóng đèn.
b) Nếu tháo bỏ một bóng đèn thì bóng đèn còn lại sang mạnh hay yếu hơn so với trước đó.
Hướng dẫn giải
a) Điện trở tương đương của mạch ngoài là R1 = 3 Ω.
Cường độ dòng điện mạch chính là I1 = 0,6 A.
Cường độ dòng điện chạy qua mỗi bóng đèn là Iđ1= 0,3A. Do đó công suất tiêu thụ điện năng của mỗi bóng đèn là Pđ = 0,54W.
b) Khi tháo bỏ một bóng đèn thì điện trở mạch ngoài là R2 = 6 Ω và cường độ dòng điện chạy qua đèn Iđ2 = 0,375A, nên bóng đèn sáng mạnh hơn trước đó.
Bài 1 (SGK trang 62)
Cho mạch điện như hình 11.3. Trong đó nguồn điện có ξ = 6V và có điện trở trong không đáng kể. Các điện trở R1 = R2 = 30 Ω; R3 = 7,5 Ω
a) Tính điện trở mạch tương đương RN của mạch ngoài.
b) Tính cường độ dòng điện chạy qua mỗi điện trở mạch ngoài.
Hướng dẫn giải
a) Điện trở tương đương của mạch ngoài là RN= 5 Ω.
b) Cường độ dòng điện chạy qua mỗi điện trở mạch ngoài tương ứng là:
I1 = I2 = 0,2A; I3 = 0,8A
Bài 2 (SGK trang 62)
Cho mạch điện có sơ đồ như hình 11.4, tron đó các acquy có suất điện động ξ1 = 12V; ξ2 = 6V và có các điện trở trong là không đáng kể.
Các điện trở R1 = 4 Ω, R2 = 8 Ω
a) Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch.
b) Tính công suất tiêu thụ điện của mỗi điện trở.
c) Tính công suất của mỗi acquy và năng lượng mà mỗi acquy cung cấp trong 5 phút.
Hướng dẫn giải
a) Tính cường độ dòng điện trong mạch:
- Suất điện động của bộ nguồn ghép nối tiếp: ξb = ξ1 + ξ2 = 18 V.
- Điện trở tương đương của mạch ngoài gồm hai điện trở mắc nối tiếp:
RN = R1 + R2 = 12 Ω
Từ định luật Ôm đối với toàn mạch thì cường độ dòng điện chạy trong mạch là:
I = ξb /(RN + rb) = 1,5A
b) Công suất tiêu thụ điện:
Của điện trở R1 là P1 = I2R1 = 9 W
Của điện trở R2 là P2 = I2R2 = 18 W.
c) Tính công suất và năng lượng mà acquy cung cấp:
- Công suất của acquy thứ nhất: Png(1) = ξ1I = 18W
Năng lượng mà acquy thứ nhất cung cấp trong năm phút :
Wng(1) = Png(1)t = 5 400 J
Tương tự với nguồn 2 ta được: Png(2) = 9 W, Wng(2)= 2700 J
Bài 3 (SGK trang 62)
Cho mạch điện có sơ đồ như hình 11.5, trong đó nguồn điện có suất điện động ξ = 12V, và điện trở trong là r = 1,1Ω; điện trở R = 0,1Ω.
a) Điện trở x phải có trị số bao nhiêu để công suất tiêu thụ ở ngoài mạch là lớn nhất?
b) Điện trở x phải có trị số bao nhiêu để công suất tiêu thụ ở điện trở này là lớn nhất? Tính công suất lớn nhất đó.
Hướng dẫn giải
a) Tính điện trở x để công suất tiêu thụ ở mạch ngoài là lớn nhất.
- Mạch ngoài gồm điện trở R mắc nối tiếp với điện trở x, có điện trở tương đương là: RN = R + x = 0,1 + x.
- Cường độ dòng điện trong trong mạch : I = ξ/ (R + r + x)
- Công suất tiêu thụ mạch ngoài:
Để công suất P trên đây lớn nhất thì mẫu số ở về phải là nhỏ nhát. từ bất đẳng thức cô si ta có R + x = r.
Từ đó suy ra: x = r –R = 1 Ω.
b) Công suất tiêu thụ trên điện trở x:
- Tính công suất tiêu thụ trên điện trở x này là lớn nhất:
+ Từ các tính toán trên, ta có công suất tiêu thu, điện trở x là:
+ Tương tự như đã làm ở trên đây, công suất Px lớn nhất khi x= R + r = 1,2 Ω.
Giá trị của công suất lớn nhất này là:30 W.
Có thể bạn quan tâm
Có thể bạn quan tâm
