Sách bài tập Vật lí 11 Bài 18 (Chân trời sáng tạo): Nguồn điện

Giải SBT Vật lí 11 Bài 18: Nguồn điện

A. Trắc nghiệm

Câu 18.1 (B) trang 68 Sách bài tập Vật Lí 11: Hiệu điện thế giữa hai cực của một nguồn điện có độ lớn

A. luôn bằng suất điện động của nguồn điện khi không có dòng điện chạy qua nguồn.

B. luôn lớn hơn suất điện động của nguồn điện khi không có dòng điện chạy qua nguồn.

C. luôn nhỏ hơn suất điện động của nguồn điện khi không có dòng điện chạy qua nguồn.

D. luôn khác không.

Lời giải:

Đáp án đúng là A

Hiệu điện thế giữa hai cực của một nguồn điện có độ lớn luôn bằng suất điện động của nguồn điện khi không có dòng điện chạy qua nguồn.

Câu 18.2 (B) trang 68 Sách bài tập Vật Lí 11: Hai pin ghép nối tiếp với nhau thành bộ thì

A. suất điện động của bộ pin luôn nhỏ hơn suất điện động mỗi pin.

B. suất điện động của bộ pin luôn bằng suât điện động của mỗi pin.

C. điện trở trong của bộ pin luôn nhỏ hơn điện trở trong của mỗi pin.

D. điện trở trong của bộ pin luôn lớn hơn điện trở trong của mỗi pin.

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Hai pin ghép nối tiếp với nhau thành bộ thì điện trở trong của bộ pin luôn lớn hơn điện trở trong của mỗi pin. Vì ${\text{E}}_b={\text{E}}_1+{\text{E}}_2$

Câu 18.3 (B) trang 68 Sách bài tập Vật Lí 11: Hai pin giống nhau ghép song song với nhau thành bộ thì

A. suất điện động của bộ pin luôn nhỏ hơn suất điện động mỗi pin.

B. suất điện động của bộ pin luôn lớn hơn suất điện động của mỗi pin.

C. điện trở trong của bộ pin luôn nhỏ hơn điện trở trong của mỗi pin.

D. điện trở trong của bộ pin luôn lớn hơn điện trở trong của mỗi pin.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

Hai pin giống nhau ghép song song với nhau thành bộ thì điện trở trong của bộ pin luôn nhỏ hơn điện trở trong của mỗi pin. Vì $r_b=\frac{r}{2}$ .

Câu 18.4 (B) trang 68 Sách bài tập Vật Lí 11: Một pin sau một thời gian đem sử dụng thì

A. suất điện động và điện trở trong của pin đều tăng.

B. suất điện động và điện trở trong của pin đều giảm.

C. suất điện động của pin tăng và điện trở trong của pin giảm.

D. suất điện động của pin giảm và điện trở trong của pin tăng.

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Một pin sau một thời gian đem sử dụng thì suất điện động của pin giảm và điện trở trong của pin tăng.

Câu 18.5 (H) trang 69 Sách bài tập Vật Lí 11: Chọn phát biểu đúng.

Dòng điện chạy qua một bình acquy

A. luôn có chiều đi vào cực âm của bình acquy.

B. luôn có chiều đi vào cực cương của bình acquy.

C. có chiều đi vào cực dương khi acquy đang phát dòng điện.

D. có chiều đi vào cực dương khi acquy đang được nạp điện.

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Dòng điện chạy qua một bình acquy có chiều đi vào cực dương khi acquy đang được nạp điện.

Câu 18.6 (VD) trang 69 Sách bài tập Vật Lí 11: Mắc hai đầu một điện trở vào hai cực của một pin. Hiệu điện thế giữa hai cực của pin có độ lớn

A. càng lớn nếu dòng điện chạy qua nguồn càng lớn.

B. càng lớn nếu dòng điện chạy qua nguồn càng nhỏ.

C. không phụ thuộc vào dòng điện chạy qua nguồn.

D. lớn hơn so với độ lớn hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở.

Lời giải:

Đáp án đúng là B

Hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở bằng hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện.

Áp dụng: $U=\text{E}-rI$ , do $\text{E}$ và r không đổi nên I càng nhỏ thì U càng lớn.

B. Tự luận

Bài 18.1 (H) trang 69 Sách bài tập Vật Lí 11: Mắc hai đầu điện trở $3\text{Ω}$ vào hai cực của một nguồn điện có suất điện động và điện trở trong lần lượt là $\text{E}=6,0 V$ và $r=1\text{Ω}$ .

a) Tính cường độ dòng điện trong mạch.

b) Tính hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở.

Lời giải:

a) Áp dụng: $I=\frac{\text{E}}{R+r}=\frac{6}{3+1}=1,5 A$ .

b) Áp dụng: $U=RI=3.1,5=4,5\text{ V}$ .

Bài 18.2 (H) trang 69 Sách bài tập Vật Lí 11: Mắc hai đầu điện trở R₁ vào hai cực của một nguồn điện có suất điện động và điện trở trong lần lượt là $\text{E}=8,0 V$ và $r=2\text{Ω}$ thì dòng điện chạy qua điện trở có cường độ 1,6 A.

a) Tính R₁.

b) Mắc thêm vào mạch một điện trở R₂ song song với R₁ thì dòng điện chạy qua R₂ có cường độ $\frac{2}{3}\text{ A}$ . Tính R₂.

Lời giải:

a) Áp dụng:$I=\frac{\text{E}}{R_1+r}=\frac{8}{R_1+2}=1,6 A\Rightarrow R_1=3\Omega$ .

b) R₂ song song với R₁ nên: $R_1{I}_1=R_2{I}_2\Rightarrow 3I_1=\frac{2}{3}{R}_2\Rightarrow I_1=\frac{2}{9}{R}_2$

và $I=I_1+I_2=\frac{2R_2}{9}+\frac{2}{3}=\frac{8}{2+\frac{3R_2}{R_2+3}}\Rightarrow R_2=6\text{Ω}$ .

Bài 18.3 (H) trang 69 Sách bài tập Vật Lí 11: Hai nguồn điện giống hệt nhau. Khi mắc hai đầu điện trở $3,2\text{Ω}$ vào hai cực một nguồn rồi sau đó mắc thêm nguồn còn lại theo cách cực dương của hai nguồn nối với nhau và cực âm hai nguồn nối với nhau thì thấy hiệu điện thế hai đầu điện trở tăng thêm 20% so với lúc đầu. Tính điện trở trong của mỗi nguồn.

Lời giải:

Khi mắc thêm nguồn theo cách trên có nghĩa điện trở mắc vào bộ hai nguồn mắc song song. Vì hai nguồn giống hệt nhau nên: ${\text{E}}_b=\text{E};r_b=\frac{r}{2}$ .

Hiệu điện thế hai đầu điện trở tăng thêm 20%: $U_2=U_1+0,2U_1=1,2U_1$ .

$\left\{\begin{array}{l}{U}_1=R{I}_1=\frac{R\text{E}}{R+r}\\ U_2=R{I}_2=\frac{R\text{E}}{R+\frac{r}{2}}\end{array}\Rightarrow \frac{U_2}{U_1}=\frac{R+r}{R+\frac{r}{2}}=1,2\right.$

Thay $R=3,2\text{Ω}$ , tính được $r=1,6\text{Ω}$ .

Bài 18.4 (H) trang 69 Sách bài tập Vật Lí 11: Hai nguồn điện giống hệt nhau được mắc thành bộ rồi nối hai cực của bộ nguồn với hai đầu của một điện trở thì kết quả là: cường độ dòng điện qua điện trở trong trường hợp hai nguồn mắc nối tiếp và hai nguồn mắc song song đều bằng nhau. Tính hiệu suất của bộ nguồn trong hai trường hợp.

Lời giải:

Trường hợp hai nguồn mắc nối tiếp: $I_1=\frac{{\text{E}}_{nt}}{R+r_{nt}}=\frac{2\text{E}}{R+2r}$

Trường hợp hai nguồn mắc song song: $I_2=\frac{{\text{E}}_{//}}{R+r_{//}}=\frac{\text{E}}{R+\frac{r}{2}}$

Từ (1) và (2) cho $I_1=I_2$ ta được $R=r$ .

Thay vào tính được hiệu suất tương ứng trong hai trường hợp: $H_1=\frac{r}{r+2r}=\frac{1}{3}$ và $H_2=\frac{r}{r+\frac{r}{2}}=\frac{2}{3}$ .

Bài 18.5 (VD) trang 70 Sách bài tập Vật Lí 11: Cho mạch điện như Hình 18.1. Ampe kế A có điện trở không đáng kể.

a) Tìm số chỉ ampe kế và chiều dòng điện qua nó.

b) Đổi vị trí điện trở $\text{5Ω}$ và ampe kế A. Tìm số chỉ ampe kế và chiều dòng điện qua nó.

Lời giải:

a) Vì điện trở ampe kế A bằng 0 nên $U_{\text{MN}}=0$ . Chập điểm M và N, mạch ngoài trở thành điện trở $\left[\left(5\text{Ω}\right)//\left(1\text{Ω}\right)\right]$ nối tiếp với $\left[\left(4\text{Ω}\right)//\left(2\text{Ω}\right)\right]$ .

Dòng điện trong mạch chính: $I=\frac{\text{E}}{R_N+r}=\frac{12}{\frac{5}{6}+\frac{4}{3}+2}=2,88$ A.

Từ đó: $\left\{\begin{array}{l}{U}_{\text{AM}}=U_{\text{AN}}=2,88\cdot \frac{5}{6}=2,4\text{ V}\\ U_{\text{AB}}=2,88\cdot \left(\frac{5}{6}+\frac{4}{3}\right)=6,24\text{ V}\end{array}\Rightarrow U_{\text{MB}}=6,24-2,4=3,84\text{ V}\right.$

Như vậy dòng điện qua điện trở $5\text{Ω}$ có chiều từ A đến M với cường độ: $\frac{2,4}{5}=0,48\text{ A}$ .

Dòng điện qua điện trở $\text{4Ω}$ có chiều từ M đến B với cường độ: $\frac{3,84}{4}=0,96\text{ A}$ .

Vậy dòng điện qua ampe kế A có chiều từ N đến M với cường độ: $0,96-0,48$ = 0, 48A

b) Tương tự, lúc này điểm A chập với điểm M và ta có mạch gồm $\{\left[\left(5\text{Ω}\right)//\left(1\text{Ω}\right)\right]$ nối tiếp với $\left(2\text{Ω}\right)\}//\left(4\text{Ω}\right)$ . Tính được dòng điện trong mạch chính $I=3,28\text{ A}$ ; dòng điện qua điện trở $1\text{Ω}$ là 1,6 A và dòng điện qua ampe kế A bằng $3,28-1,6=1,68\text{ A}$ , có chiều từ A đến M.

Bài 18.6 (VD) trang 70 Sách bài tập Vật Lí 11: Cho mạch điện như Hình 18.2. Biết ampe kế lí tưởng A chỉ 1,92 A.

a) Tính điện trở trong r.

b) Đảo cực của nguồn $\left(6\text{ V}-2\text{Ω}\right)$ . Tìm lại số chỉ ampe kế.

Lời giải:

Cách giải 1:

a) $U_{\text{AB}}=1,92.2,52=4,8384\text{ V.}$ Từ đó tính được dòng điện qua các nhánh:

Dòng điện I₁ qua nguồn 3 V từ $\text{A}\to \text{B}:I_1=\frac{4,8384-3}{1}=1,8384\text{ A}$ .

Dòng điện I₂ qua nguồn 6 V từ $\text{B}\to \text{A}:I_2=\frac{6-4,8384}{2}=0,5808\text{ A}$ .

Dòng điện I₄ qua nguồn 8 V từ $\text{B}\to \text{A}:I_4=\frac{8-4,8384}{4}=0,7904\text{ A}$ .

Dòng điện I₃ qua nguồn 12 V từ $\text{B}\to \text{A}:I_3+I_2+I_4=I_1+I_{\text{A}}\Rightarrow I_3=2,3872\text{ A}$ .

Từ đó: $r=\frac{12-4,8384}{2,3872}=3\text{Ω}$ .

b) Đảo cực nguồn $\left(6\text{ V}-2\text{Ω}\right)$ , tính tương tự ta được: số chỉ ampe kế 0,96 A.

Cách giải 2:

a) Dùng phương pháp nguồn tương đương: $U={\text{E}}_b-r_{b}I\Rightarrow 2,52.1,92=\frac{\left(\frac{3}{1}+\frac{6}{2}+\frac{12}{r}+\frac{8}{4}\right)}{\frac{1}{1}+\frac{1}{2}+\frac{1}{r}+\frac{1}{4}-\frac{1}{1}+\frac{1}{2}+\frac{1}{r}+\frac{1}{4}}\Rightarrow r=3\Omega$

b) Đảo cực nguồn $\left(6\text{ V}-2\text{Ω}\right)$ , tương tự ta được $I=\frac{{\text{E}}_b}{r_b+R}=\frac{r_b\left(\frac{3}{1}+\frac{-6}{2}+\frac{12}{3}+\frac{8}{4}\right)}{r_b+R}=\frac{0,48\cdot \left(\frac{3}{1}+\frac{-6}{2}+\frac{12}{3}+\frac{8}{4}\right)}{0,48+2,52}=0,96 A$

Bài 18.7 (VD) trang 70 Sách bài tập Vật Lí 11: Có n nguồn điện không đổi giống nhau, mỗi nguồn có suất điện động $\text{E}$ được mắc theo cách: Cực âm của nguồn thứ 1 nối với cực dương của nguồn thứ 2 ; cực âm của nguồn thứ 2 nối với cực dương của nguồn thứ 3 cực âm của nguồn thứ n nối với cực dương của nguồn thứ 1.

a) Tìm hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn bất kì.

b) Đảo cực của một nguồn nào đó thì tỉ số hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn này lớn gấp 40 lần hiệu điện thế giữa hai cực của một nguồn còn lại bất kì. Tính n.

Lời giải:

Mỗi nguồn có suất điện động $\text{E}$ và điện trở trong r.

a) Cường độ dòng điện: $I=\frac{n\text{E}}{nr}=\frac{\text{E}}{r}$ .

Hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn bất kì: $U=\text{E}-rI=\text{E}-r\frac{\text{E}}{r}=0$ .

b) Cường độ dòng điện: $I=\frac{\left(n-2\right)\text{E}}{nr}$

Hiệu điện thế giữa hai cực nguồn đảo cực và một nguồn còn lại bất kì:$U_{daocuc}=\text{E}+rI=\text{E}+r\frac{(n-2)\text{E}}{nr}=\frac{2\text{E}(n-1)}{n}$

$U_{conlai}=\text{E}-rI=\text{E}-r\frac{(n-2)\text{E}}{nr}=\frac{2\text{E}}{n}\Rightarrow \frac{U_{daocuc}}{U_{conlai}}=(n-1)=40\Rightarrow n=41.$

Bài 18.8 (VD) trang 71 Sách bài tập Vật Lí 11: Cho mạch điện như Hình 18.3. Số chỉ ampe kế thay đổi như thế nào khi tăng dần biến trở R_x từ giá trị 0 .

Lời giải:

Áp dụng định luật Ohm cho mỗi vòng kín, ta có: $I_1=\frac{{\text{E}}_1}{R+r_1};I_2=\frac{\text{E}}{R_x+r_2}\text{. }$ Như vậy số chỉ ampe kế A (dòng I₁) không phụ thuộc vào giá trị R_x.

Bài 18.9 (VD) trang 71 Sách bài tập Vật Lí 11: Trong việc thiết kế các mạch điện, để có được các suất điện động thích hợp người ta thường tiến hành ghép các nguồn có sẵn thành các bộ nguồn có suất điện động cần thiết. Xét bốn pin giống nhau được mắc nối tiếp thành bộ nguồn, rồi mắc hai đầu một biến trở vào hai đầu bộ nguồn thành mạch kín. Điều chỉnh giá trị biến trở, đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của điện áp hai đầu bộ nguồn U vào cường độ dòng điện I trong mạch như Hình 18.4. Tìm suất điện động và điện trở trong của mỗi pin.

Lời giải:

Gọi suất điện động và điện trở trong mỗi nguồn là và r nên suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn tương ứng là $4\text{E}$ và 4r.

Áp dụng định luật Ohm $\Rightarrow U=4\text{E}-4rI$ ta có đường biểu diễn U theo I là một đường thẳng.

Thay hai cặp điểm trên đồ thị, ta được: $\left\{\begin{array}{l}4,2=4\text{E}-4r\cdot 0,5\\ 2,8=4\text{E}-4r\cdot 1,0\end{array}\right.$

Giải ra ta được: $\text{E}=1,4V$ và $r=0,7\Omega$ .

Bài 18.10 (VD) trang 71 Sách bài tập Vật Lí 11: Người ta muốn tạo ra một điện trở $R=3\text{Ω}$ bằng cách dùng một dây dẫn đồng chất có đường kính tiết tiết diện 1,0 mm, điện trở suất $\rho =3\cdot {10}^{-7}\text{Ωm}$ có bọc lớp cách điện rất mỏng quấn thành một lớp gồm N vòng sát nhau quanh hình trụ bằng sứ có đường kính tiết diện 2,0 cm.

a) Tính số vòng N.

b) Có một số bóng đèn gồm hai loại: loại $\left(6\text{ V}-3\text{ W}\right)$ và loại $\left(3\text{ V}-1\text{ W}\right)$ được mắc thành 5 dãy song song rồi mắc chúng nối tiếp với điện trở $R=3\text{Ω}$ thành mạch điện. Đặt hai đầu mạch điện này vào một hiệu điện thế không đổi $U=12\text{ V}$ . Biết tất cả các đèn đều sáng bình thường. Hãy xác định số lượng mỗi loại đèn. Coi điện trở của các đèn không thay đổi và bỏ qua điện trở của các dây nối.

Lời giải:

a) $R=\rho \frac{4\mathcal{l}}{\pi d^2}=\rho \frac{4N\pi D}{\pi d^2}=\rho \frac{4ND}{d^2}\Rightarrow N=\frac{R{d}^2}{4\rho D}=\frac{3\cdot {\left(1,0\cdot {10}^{-3}\right)}^2}{4\cdot 3\cdot {10}^{-7}\cdot 2,0\cdot {10}^{-2}}=125$ vòng.

b) Khi các đèn sáng bình thường:

Dòng điện định mức của đèn $\left(6\text{ V}-3\text{ W}\right)$ và đèn $\left(3\text{ V}-1\text{ W}\right)$ lần lượt là $I_1=\frac{{\text{P}}_1}{U_1}=\frac{3}{6}=\frac{1}{2} A$ và $I_2=\frac{{\text{P}}_2}{U_2}=\frac{1}{3} A$ .

$\Rightarrow$ Mỗi dãy chỉ gồm 1 đèn 6 V hoặc 2 đèn 3 V nối tiếp.

Dòng điện mạch chính: $I=\frac{12-6}{3}=2\text{ A}$ . Gọi m là số dãy mắc đèn 6 V và n là số dãy mắc đèn 3 V.

Thiết lập phương trình: $I=m{I}_1+n{I}_2\Rightarrow \frac{1}{2}m+\frac{1}{3}n=2\Rightarrow m=2$ và n = 3 .

Vậy cần 2 bóng 6 V và 6 bóng 3 V.

Bài 18.11 (VD) trang 72 Sách bài tập Vật Lí 11: Một mạch chiết áp trong đó các giá trị suất điện động của pin và các điện trở được cho như Hình 18.5. Bỏ qua điện trở trong của các pin và của các dây nối. Đoạn AB là một dây thép đồng chất, tiết diện đều, chiều dài AB = 48cm và có điện trở $3\text{Ω}$ . G là một điện kế lí tưởng. Hãy tìm khoảng cách AC để kim điện kế chỉ số 0 .

Lời giải:

Vì điện kế G chỉ số 0, nên không có dòng điện chạy qua đoạn MC (qua điện kế).

$U_{\text{MC}}=0\Rightarrow U_{\text{AM}}=U_{\text{AC}}$ (điểm M chập với điểm C).

Dòng điện qua AB do nguồn 3 V là: $I_1=\frac{3}{12+3}=0,2\text{ A}$ .

Dòng qua điện trở do nguồn 2 V là: $I_2=\frac{2}{1,5+0,5}=1\text{ A}$ .

$\Rightarrow U_{\text{AM}}=U_{\text{AC}}=2-1,5\cdot 1=0,5\text{ V}\Rightarrow R_{\text{AC}}=\frac{0,5}{0,2}=2,5\text{Ω}$.

$\frac{R_{\text{AC}}}{R_{\text{AB}}}=\frac{\text{AC}}{\text{AB}}\Rightarrow \text{AC}=40\text{ cm}$.

Lý thuyết Nguồn điện

1. Nguồn điện

a. Khái niệm nguồn điện

Nguồn điện là thiết bị tạo ra và duy trì sự chênh lệch điện thế, nhằm duy trì dòng điện trong mạch kín.

Lưu ý: Trong nguồn điện, cực có điện thế cao hơn là cực dương, cực có điện thế thấp hơn là cực âm.

b. Suất điện động của nguồn điện

Suất điện động của nguồn điện là đại lượng vật lí đặc trưng cho khả năng sinh công của nguồn điện, nó được đo bằng tỉ số giữa công của lực lạ A làm di chuyển lượng điện tích q > 0 từ cực âm đến cực dương bên trong nguồn điện và điện tích q.

Trong hệ SI, suất điện động có đơn vị là vôn (V).

c. Điện trở trong của nguồn điện

Đại lượng đặc trưng cho việc cản trở sự dịch chuyển của các điện tích bên là điện trở trong trong nguồn điện được gọi là điện trở trong của nguồn, thường kí hiệu là (2). của nguồn

Hiệu điện thế U giữa hai cực của nguồn điện có suất điện động E và điện trở trong r khi phát dòng điện cường độ I chạy qua nguồn được xác định bởi:

* Nguồn điện ghép nối tiếp:

Suất điện động của bộ nguồn điện được xác định theo công thức:

Điện trở trong của bộ nguồn điện được xác định theo công thức:

r_b = r₁+ r₂ +…+ r_n

* Nguồn điện ghép song song:

Suất điện động của bộ nguồn điện được xác định theo công thức:

Điện trở trong của bộ nguồn điện được xác định theo công thức:

r_b = r/n

* Nguồn điện ghép hỗn hợp đối xứng:

Suất điện của bộ nguồn điện được xác định theo công thức:

Điện trở trong của bộ nguồn điện được xác định theo công thức:

r_b = mr/n

Sơ đồ tư duy về "Nguồn điện''

Xem thêm các bài giải SBT Vật lí 11 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 15: Năng lượng và ứng dụng của tụ điện

Bài 16: Dòng điện. Cường độ dòng điện

Bài 17: Điện trở. Định luật Ohm

Bài 19: Năng lượng điện. Công suất điện

Bài 20: Thực hành xác định suất điện động và điện trở trong của pin