Bài tập Định luật ôm đối với toàn mạch, công thức tính suất điện động và hiệu suất của nguồn điện - Vật lý 11 bài 9

Nội dung bài viết này các em sẽ vận dụng kiến thức lý thuyết ở trên để giải một số bài tập Định luật ôm đối với toàn mạch, công thức tính suất điện động và hiệu suất của nguồn điện Vật lý 11 bài 9, qua đó rèn luyện được kỹ năng giải bài tập đồng thời giúp ghi nhớ kiến thức lý thuyết tốt hơn.

• Lý thuyết Vật lí 11 Bài 9: Định luật Ôm đối với toàn mạch

* Bài 1 trang 54 SGK Vật Lý 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 ξ và điện trở trong r, mạch ngoài gồm các vật dẫn có điện trở tương đương R_N

• Phát biểu định luật Ôm cho toàn mạch: 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 Ôm đối với toàn mạch:

  hay ξ = I(R_N + r)

* Bài 2 trang 54 SGK Vật Lý 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: U_N=I.R_N

• 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. ξ = I(R_N + r).

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

> Lời 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 trang 54 SGK Vật Lý 11: Chọn câu trả lời đúng

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. U_N giảm khi R_N giảm

 C. U_N không phụ thuộc vào R_N 

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

> Lời giải:

• Chọn đáp án: A. U_N tăng khi R_N tăng

- Ta có: 

- Như vậy, khi R_N tăng thì  giảm và U_N tăng.

* Bài 5 trang 54 SGK Vật Lý 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.

> Lời giải:

a) Cường độ dòng điện trong mạch:

- Suất điện động của nguồn điện:

  ξ = I.R_N + I.r = U_N + I.r = 8,4 + 0,6.1 = 9(V).

b) Công suất mạch ngoài:

 Ρ_mạch = U.I = 8,4.0,6 = 5,04(W).

- Công suất của nguồn điện:

 Ρ_nguồn = ξ.I = 9.0,6 = 5,4(W).

* Bài 6 trang 54 SGK Vật Lý 11: Điện trở trong của một Ắc quy là 0,06Ω và trên vỏ của nó có ghi 12 V. Mắc vào hai cực của Ắc quy 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) Theo bài ra, bóng đèn có ghi 12V - 5W ⇒ hiệu điện thế định mức của bóng là U_đm = 12V, công suất định mức của bóng là P_đm = 5W.

 ⇒ Điện trở của bóng đèn là:

- Cường độ dòng điện định mức chạy qua bóng đèn là:

- Hiệu điện thế hai đầu bóng đèn khi này:

 U = I.R = 0,4158.28,8 = 11,975(V).

- 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 ≈ 4,98(W).

b) Hiệu suất của nguồn điện là:

* Bài 7 trang 54 SGK Vật Lý 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:

- Cường độ dòng điện trong mạch: 

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

 I_đ1 = I_đ2 = I/2 = 0,3(A).

- Công suất tiêu thụ của mỗi bóng đèn:

 P_đ1 = P_đ2 = R_đ1.I²_đ1 = 6. 0,3² = 0,54W

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

- Cường độ dòng điện trong mạch:

- Công suất tiêu thụ của bóng đèn 1:

 P_đ1 = R_đ1.I'²_đ1 = 6.0,375² ≈ 0,84(W).

⇒ Đèn còn lại sẽ sáng hơn lúc trước.