Sách bài tập Vật lí 11 Chủ đề 4 (Cánh diều): Dòng điện, mạch điện

Giải SBT Vật lí 11 Chủ đề 4: Dòng điện, mạch điện

B. Ví dụ

Câu 1 trang 44 SBT Vật Lí 11: Trong 2,00 s, lượng điện tích chạy qua một bóng đèn là 1,67 C.

a) Tìm cường độ dòng điện chạy qua bóng đèn.

b) Tìm số electron di chuyển qua bóng đèn trong 5,00 s. Biết điện tích của electron có độ lớn là $\left|e\right|={\mathrm{1,60.10}}^{-19}C$

c) Biết hiệu điện thế giữa hai đầu bóng đèn là 12,0 V, tính năng lượng điện mà bóng đèn tiêu thụ trong 2,00 s (bỏ qua điện trở trong của nguồn)

d) Tính năng lượng điện mà bóng đèn tiêu thụ trong mỗi giây.

Lời giải:

a) Cường độ dòng điện chạy qua bóng đèn là: $I=\frac{\Delta Q}{\Delta t}=\frac{\mathrm{1,67}\text{C}}{\mathrm{2,00} \text{s}}=\mathrm{0,835} \text{A}$

b) Điện tích qua bóng đèn trong 5,00 s là: $\Delta Q=I.\Delta t$

Số electron di chuyển qua bóng đèn trong 5,00 s là: $n=\frac{\Delta Q}{\left|e\right|}=\frac{I.\Delta t}{\left|e\right|}=\frac{(\mathrm{0,835} \text{A})(\mathrm{5,00} \text{s})}{{\mathrm{1,60.10}}^{-19}\text{C}}$

$n={\mathrm{2,61.10}}^{19}\text{ electron}$

c) Năng lượng mà nguồn cấp cho đèn trong 2,00 s là: $A=\left(\mathrm{1,67}\text{C}\right)(\mathrm{12,0} \text{V})=\mathrm{20,0} \text{J}$

d) Năng lượng mà nguồn cung cấp cho bóng đèn trong mỗi giây là: $\text{P}=\frac{\mathrm{20,0} J}{\mathrm{2,00} s}=\mathrm{10,0} W$

Câu 2 trang 44 SBT Vật Lí 11: Cho mạch điện (Hình 4.1) R₁ = 6,0 Ω, R₂ = 18 Ω. Khi mạch hở, vôn kế chỉ 6,2 V. Khi mạch kín, vôn kế chỉ 6,0 V, tìm:

a) Cường độ dòng điện trong mạch.

b) Điện thế tại điểm A.

c) Điện trở trong của pin.

d) Tỉ số năng lượng của pin cung cấp cho mạch ngoài và năng lượng toàn phần của pin. Bỏ qua điện trở dây nối.

Lời giải:

a) Cường độ dòng điện trong mạch là: $I=\frac{U}{R}=\frac{\mathrm{6,0} \text{V}}{\mathrm{6,0}\Omega +18\Omega }=\mathrm{0,25} \text{A}$

b) Điện thế tại điểm A là: $U_1=I{R}_1=(\mathrm{0,25} \text{A})\left(\mathrm{6,0}\Omega \right)=\mathrm{1,5} \text{V}$

$V_{\text{A}}=\mathrm{6,0} \text{V}-\mathrm{1,5} \text{V}=\mathrm{4,5} \text{V}$

c) Điện trở trong của pin là: $r=\frac{\text{E}-U}{I}=\frac{\mathrm{6,2} V-\mathrm{6,0} V}{\mathrm{0,25} A}=\mathrm{0,80}\Omega$

d) Tỉ số năng lượng được tính bằng:  $\frac{IU}{I\text{E}}=\frac{U}{\text{E}}=\frac{\mathrm{6,0} V}{\mathrm{6,2} V}=\mathrm{0,97.}$

C. Bài tập

I. Cường độ dòng điện

Câu 4.1 trang 45 SBT Vật Lí 11: Số electron dẫn trong 1 m³ ở dây dẫn điện kim loại vào cỡ

A. 10¹⁰                            

B. 10¹⁶.                

C. 10²².                

D. 10²⁸.

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Câu 4.2 trang 45 SBT Vật Lí 11: Tốc độ dịch chuyển có hướng của các electron trong một dây dẫn kim loại mang dòng điện vào cỡ

A. 1 cm/s.            

B. 10 m/s.            

C. 10⁴ m/s.           

D. 10⁸ m/s.

Lời giải:

Đáp án đúng là A

Câu 4.3 trang 46 SBT Vật Lí 11: Xét các điện tích dương và âm đều dịch chuyển có hướng và theo phương ngang với cùng tốc độ ở bốn vùng dẫn điện khác nhau (Hình 4.2). Gọi I₁ là cường độ dòng điện do các điện tích dịch chuyển tạo ra trong vùng đầu tiên bên trái, I₂, I₃, I₄ là cường độ dòng điện tương ứng trong các vùng tiếp theo (tính từ trái sang phải). Độ lớn của các cường độ dòng điện này từ lớn nhất đến nhỏ nhất được xếp theo thứ tự nào sau đây?

A. I₂, I₁, I₃, I₄             

B. I₁, I₃, I₂, I₄              

C. I₃, I₁, I_4,  I₂              

D. I₄, I₂, I₃, I₁

Lời giải:

Đáp án đúng là B

Cường độ dòng điện phụ thuộc vào mật độ hạt tải điện.

Câu 4.4 trang 46 SBT Vật Lí 11: Giả sử một dây dẫn điện bằng đồng có tiết diện nhỏ dần dọc theo dây từ đầu này sang đầu kia của dây. Trong dây có dòng điện với cường độ I chạy qua. Tốc độ dịch chuyển có hướng của electron thay đổi như thế nào dọc theo dây?

A. Giảm dần khi tiết diện dây nhỏ dần.

B. Tăng dần khi tiết diện dây nhỏ dần.

C. Không thay đổi.

D. Không đủ thông tin để trả lời.

Lời giải:

Đáp án đúng là B

Tốc độ dịch chuyển có hướng của electron thay đổi tăng dần khi tiết diện dây nhỏ dần. Vì theo công thức I = Snve thì cường độ I không đổi, tiết diện giảm thì v tăng.

Câu 4.5 trang 46 SBT Vật Lí 11: Tính cường độ dòng điện qua dây dẫn điện nếu 2,85.10²⁰ electron đi qua tiết diện thẳng của dây dẫn điện trong 1,0 phút.

Lời giải:

$I=\frac{q}{t}=\frac{ne}{t}=\frac{{\mathrm{2,85.10}}^{20}{\mathrm{.1,6.10}}^{-19}}{60}=\mathrm{0,76}A$

Câu 4.6 trang 46 SBT Vật Lí 11: Cường độ dòng điện 0,60 A chạy qua sợi đốt của một bóng đèn. Nếu để bóng đèn sáng trong 8,0 phút thì có bao nhiêu electron di chuyển qua bóng đèn? Biết điện tích của electron là $e=-{\mathrm{1,6.10}}^{-19}C$.

Lời giải:

$n=\frac{q}{e}=\frac{It}{e}=\frac{\mathrm{0,6.8.60}}{{\mathrm{1,6.10}}^{-19}}={\mathrm{1,8.10}}^{21}$ electron

Câu 4.7 trang 46 SBT Vật Lí 11: Tính cường độ dòng điện chạy trong dây đồng có tiết diện 7,5.10^-7 m² để tốc độ dịch chuyển có hướng của electron dẫn là 5,00.10^-4 m/s.

Lời giải:

5,08 A

Câu 4.8 trang 46 SBT Vật Lí 11: Trong một dây dẫn điện có dòng điện với cường độ 80,0 mA.

a) Có bao nhiêu electron chạy qua tiết diện thẳng của dây trong 10,0 phút?

b) Các electron chuyển động theo chiều nào đối với dòng điện?

Lời giải:

a) $n=\frac{q}{e}=\frac{It}{e}=\frac{{80.10}^{-3}\mathrm{.10.60}}{{\mathrm{1,6.10}}^{-19}}={\mathrm{3,00.10}}^{20}$ electron

b) Chuyển động của electron theo chiều ngược với chiều dòng điện.

Câu 4.9 trang 46 SBT Vật Lí 11: Trong mô hình nguyên tử hyđro của Bohr, một electron ở mức năng lượng thấp nhất chuyển động với tốc độ bằng 2,19.10⁶ m/s theo một quỹ đạo tròn có bán kính 5,29.10^-11 m. Tính cường độ dòng điện tương ứng với chuyển động này của electron.

Lời giải:

Chu kì của electron trên quỹ đạo là $T=2\pi r/v$ và dòng điện tương ứng với chuyển động này của electron là:

 $$\begin{gathered} I=\frac{\Delta q}{\Delta t}=\frac{\left|e\right|}{T}=\frac{v\left|e\right|}{2\pi r} \\ =\frac{\left({\mathrm{2,19.10}}^6 \text{m}/\text{s}\right)\left({\mathrm{1,60.10}}^{-19}\text{C}\right)}{2\pi \left({\mathrm{5,29.10}}^{-11} \text{m}\right)} \\ ={\mathrm{1,05.10}}^{-3}\text{C/s}=\mathrm{1,05} \text{mA} \end{gathered}$$

Câu 4.10 trang 46 SBT Vật Lí 11: Tính cường độ dòng điện khi một điện tích 240 C chạy qua một tiết diện thăng của dây dẫn trong thời gian 2 phút.

Lời giải:

$I=\frac{q}{t}=\frac{240}{2.40}=2A$

Câu 4.11 trang 47 SBT Vật Lí 11: Trong một thí nghiệm mạ bạc, cần có điện tích 9,65.10⁴ C để lắng đọng một khối lượng bạc. Tính thời gian để khối bạc này lắng đọng khi cường độ dòng điện là 0,20 A.

Lời giải:

$t=\frac{q}{I}=\frac{{\mathrm{9,65.10}}^4}{\mathrm{0,2}}={\mathrm{4,8.10}}^{5}s$

Câu 4.12 trang 47 SBT Vật Lí 11: Cường độ dòng điện trong một dây dẫn là 200 mA. Tính:

a) Lượng điện tích đi qua tiết diện thẳng của dây trong 5 phút.

b) Số lượng electron cần thiết để mang điện tích này.

Biết điện tích e = -1,6.10^-19 C.

Lời giải:

a) $q=It={200.10}^{-3}\mathrm{.5.60}=60C$

b) $n=\frac{q}{e}=\frac{60}{{\mathrm{1,6.10}}^{-19}}={\mathrm{3,75.10}}^{20}$electron.

Câu 4.13 trang 47 SBT Vật Lí 11: Một dây đồng có 8,5.10²⁸ electron tự do trong một mét khối. Dây có tiết diện thẳng (diện tích mặt cắt ngang) là 1,2 mm² và trong dây có cường độ dòng điện 2,0 A. Tính tốc độ chuyển động có hướng của các electron.

Lời giải:

$v=\frac{I}{Sne}=\frac{2}{{\mathrm{1,2.10}}^{-6}{\mathrm{.8,5.10}}^{28}{\mathrm{.1,6.10}}^{-19}}={\mathrm{1,2.10}}^{-4}m/s$

Câu 4.14 trang 47 SBT Vật Lí 11: Tốc độ dịch chuyển có hướng của các eclectron dẫn trong một dây kim loại là 6,5.10^-4 m/s khi cường độ dòng điện là 0,80 A. Đường kính của dây là 0,50 mm. Tính số electron dẫn trên một đơn vị thể tích dây dẫn.

Lời giải:

$n=\frac{I}{vSe}=\frac{I}{v\pi \frac{d^2}{4}e}$$=\frac{\mathrm{0,8}}{{\mathrm{6,5.10}}^{-4}\pi \frac{{\left({\mathrm{0,5.10}}^{-3}\right)}^2}{4}{\mathrm{1,6.10}}^{-19}}={\mathrm{3,9.10}}^{28}$ electron/m³

Câu 4.15 trang 47 SBT Vật Lí 11: Trong một dây dẫn điện bằng đồng có cường độ dòng điện 10,0 A. Giả sử số electron tự do trong kim loại đồng là do mỗi nguyên tử đồng đóng góp một electron. Biết dây đồng có tiết diện 3,00.10^-6 m² khối lượng riêng của đồng là 8,92 g/m³; khối lượng mol nguyên tử đồng là 63,5 g/mol; số Avogadro là 6,02.10²³ nguyên tử/mol. Tìm tốc độ dịch chuyển có hướng của các electron trong dây đồng này.

Lời giải:

Thể tích của một mol đồng: $V=\frac{m}{D}=\frac{\mathrm{63,5} \text{g/mol}}{\mathrm{8,92} {\text{g/cm}}^{\text{3}}}=\mathrm{7,12} {\text{cm}}^{\text{3}}\text{/mol}$$={\mathrm{7,12.10}}^{-6} {\text{m}}^{\text{3}}\text{/mol}$

Mật độ electron dẫn điện là: 

$n=\frac{{\mathrm{6,02.10}}^{23}\text{ electron /mol}}{{\mathrm{7,12.10}}^{-6} {\text{m}}^{\text{3}}\text{/mol}}={\mathrm{8,46.10}}^{28}{\text{ electron /m}}^{\text{3}}$

Tốc độ dịch chuyền có hướng là 

$$\begin{gathered} v=\frac{I}{\text{ neS }} \\ =\frac{\mathrm{10,0} \text{A}}{\left({\mathrm{8,46.10}}^{28}{\text{ electron /m}}^{\text{3}}\right)\left({\mathrm{1,60.10}}^{-19}\text{C}\right)\left({\mathrm{3,00.10}}^{-6} {\text{m}}^2\right)} \\ ={\mathrm{2,46.10}}^{-4}m/s \end{gathered}$$

II. Điện trở

Câu 4.16 trang 47 SBT Vật Lí 11: Đặt hiệu điện thế 6 V vào hai đầu điện trở 3Ω. Cường độ dòng điện chạy qua điện trở là

A. 0,5 A.             

B. 6 A.                 

C. 2 A.                 

D. 3 A.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

$I=\frac{U}{R}=\frac{6}{3}=2A$

Câu 4.17 trang 47 SBT Vật Lí 11: Đặt một hiệu điện thế 12 V vào giữa hai đầu một điện trở 4,0Ω thì lượng điện tích chạy qua điện trở trong mỗi giây là

A. 3 C.                

B. 4 C.                 

C. 12 C.               

D. 48 C.

Lời giải:

Đáp án đúng là A

$I=\frac{U}{R}=\frac{12}{4}=3A\Rightarrow q=It=3.1=3C$

Câu 4.18 trang 47 SBT Vật Lí 11: Ở Hình 4.3, khi hiệu điện thế U tăng, phát biểu nào sau đây đúng?

A. Điện trở của diode tăng.               

B. Điện trở của dây kim loại giảm.

C. Điện trở của diode giảm.               

D. Điện trở của dây kim loại tăng.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

Điện trở của kim loại không đổi.

Điện trở của diode giảm.

Câu 4.19 trang 48 SBT Vật Lí 11: Một dây dẫn kim loại có điện trở R được cắt thành ba đoạn bằng nhau rồi tết lại với nhau để tạo thành một dây dẫn mới có chiều dài bằng 1/3 chiều dài ban đầu. Điện trở của dây mới này có giá trị là

A. 3R.                 

B. R/9.                 

C. R/3.                 

D. 9R.

Lời giải:

Đáp án đúng là B

Mỗi đoạn dây nhỏ có chiều dài giảm 3 lần nên điện trở của chúng giảm 3 lần.

$R_1=R_2=R_3=\frac{R}{3}$

Điện trở mới của dây sau khi tết lại (giống như 3 điện trở mắc song song): $R_{td}=\frac{R}{9}$

Câu 4.20 trang 48 SBT Vật Lí 11: Cho mạch điện (Hình 4.4), các điện trở R đều bằng nhau. Điện trở tương đương giữa M và N là

A. R/2.                

B. R.                    

C. 2R.                  

D. 4R.

Lời giải:

Đáp án đúng là A

Mạch nhỏ AB là mạch cầu cân bằng, nên điện trở tương đương của mạch nhỏ AB:

$R_{AB}=2.\frac{R.R}{R+R}=R$

$R_{MN}=\frac{R_{AB}.R}{R_{AB}+R}=\frac{R}{2}$

Câu 4.21 trang 48 SBT Vật Lí 11: Cường độ dòng điện đi qua một vật dẫn là 6,3 A khi hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn là 12 V. Tính điện trở của vật dẫn.

Lời giải:

$R=\frac{U}{I}=\frac{12}{\mathrm{6,3}}=\mathrm{1,9}\Omega$

Câu 4.22 trang 48 SBT Vật Lí 11: Đồ thị I – U của một vật dẫn được biểu diễn ở Hình 4.5.

a) Từ đồ thị có thể suy ra định luật nào biểu diễn mối liên hệ giữa I và U?

b) Tính điện trở của vật dẫn này.

Lời giải:

a) Định luật Ohm.    

b) $R=\frac{U}{I}=\frac{6}{3}=2\Omega$

Câu 4.23 trang 48 SBT Vật Lí 11: Cho mạch điện (Hình 4.6). Hiệu điện thế U = 12V, điện trở các dây nối không đáng kể. Tìm số chỉ của các vôn kế.

Lời giải:

$$\begin{gathered} \left\{\begin{array}{l}U=U_1+U_2+U_3\\ U_1=IR\\ U_2=IR\\ U_3=2IR\end{array}\right. \\ \Rightarrow 12=4IR\Rightarrow IR=3\left(V\right) \\ \Rightarrow U_1=3 \text{V},U_2=3 \text{V},U_3=6 \text{V} \end{gathered}$$

Câu 4.24 trang 48 SBT Vật Lí 11: Khi hiệu điện thế giữa hai đầu LED là 2,0 V thì cường độ dòng điện đi qua nó là 20 mA. Tính điện trở của LED.

Lời giải:

$R=\frac{U}{I}=\frac{2}{{20.10}^{-3}}=100\Omega$

Câu 4.25 trang 49 SBT Vật Lí 11: Bảng sau đây là các giá trị của cường độ dòng điện I qua một điện trở tương ứng với các hiệu điện thế khác nhau U giữa hai đầu của nó.

a) Tính giá trị của điện trở ứng với mỗi giá trị cường độ dòng điện và hiệu điện thế.

b) Vẽ đồ thị biểu diễn sự biến thiên của điện trở theo cường độ dòng điện.

Lời giải:

b)

Câu 4.26 trang 49 SBT Vật Lí 11: Cho mạch điện (Hình 4.7). $U_1=10 \text{V};R_1=10\Omega$ Khi biến trở R₂ thay đổi giá trị từ 0 V đến 40 V, xác định khoảng giá trị của hiệu điện thế U₂.

Lời giải:

Khi $R_2=0\Omega ,U_2=0 \text{V}$

Khi $R_2=40\Omega ,U_2=\frac{40\Omega }{(10\Omega +40\Omega )}\cdot 10 \text{V}=8 \text{V}.$

Câu 4.27 trang 49 SBT Vật Lí 11: Khi hiệu điện thế giữa hai đầu của một vật dẫn là 2,00 V, cường độ dòng điện qua nó là 10,0 mA. Khi hiệu điện thế là 8,00 V, cường độ dòng điện là 60,0 mA.

a) Tính điện trở của vật dẫn ứng với hiệu điện thế 2,0 V và 8,0 V.

b) Vật dẫn này có tuân theo định luật Ohm không?

Lời giải:

a) Ở 2,00 V, $\text{R}=\frac{2}{{10.10}^{-3}}=200\Omega$; ở 8,00 V, $\text{R}=\frac{8}{{60.10}^{-3}}=133\Omega$.

b) Không tuân theo định luật Ohm.

Câu 4.28 trang 49 SBT Vật Lí 11: Cho mạch điện (Hình 4.8). NTC là điện trở nhiệt ngược. $R_1=\mathrm{5,0}\Omega ;R_2=\mathrm{6,4}\Omega$. Bỏ qua điện trở của ampe kế và dây nối.

Khi ngắt công tắc K, ampe kế A chỉ 0,48 A.

Khi đóng công tắc K, ampe kế A chỉ 0,72 A.

a) Tính hiệu điện thế U.

b) Tính điện trở của điện trở nhiệt.

c) Khi tăng nhiệt độ của điện trở nhiệt, số chỉ của ampe kế tăng hay giảm? Vì sao?

Lời giải:

a) Khi ngắt công tắc K, ampe kế A chỉ 0,48 A. Suy ra $I_1=\frac{U}{R_1}=\frac{U}{5}=\mathrm{0,48}$(1)

Khi đóng công tắc K, ampe kế A chỉ 0,72 A. Suy ra

$I_2=\frac{U}{\frac{R_1.(R_2+R_{NTC})}{R_1+R_2+R_{NTC}}}=\frac{U}{\frac{5(\mathrm{6,4}+R_{NTC})}{5+\mathrm{6,4}+R_{NTC}}}=\mathrm{0,72}$ (2)

Từ (1) và (2) thì U = 2,4 V

b) R_NTC = 3,6 Ω

c) Điện trở của điện trở nhiệt giảm nên điện trở toàn mạch giảm và số chỉ của ampe kế tăng.

III. Nguồn điện, năng lượng điện và công suất điện

Câu 4.29 trang 50 SBT Vật Lí 11: Nối điện trở R với hai cực của một pin để có dòng điện chạy qua R. Hiệu điện thế giữa hai cực của pin là 1,6 V khi $R=\mathrm{4,0}\Omega$ và là 1,8 V khi $R=\mathrm{9,0}\Omega$.Suất điện động và điện trở trong của pin có giá trị lần lượt là

A. 1 V và 1Ω.

B. 2 V và 1Ω.

C. 2 V và 2Ω.

D. 2,5 V và 0,50Ω.

Lời giải:

Đáp án đúng là B

Ta có: $U=E-Ir, IR=E-Ir$

$\left\{\begin{array}{l}{I}_{1}r=\mathrm{1,6}\\ I_{2}r=\mathrm{1,8}\end{array}\right.\Rightarrow \frac{I_1}{I_2}=\frac{8}{9}$

Câu 4.30 trang 50 SBT Vật Lí 11: Ở Hình 4.9, các vôn kế V₁, V₂, V₃ có điện trở lần lượt là R, 1,5R và 3R. Đặt vào hai điểm M và N một hiệu điện thế thì số chỉ của các vôn kế tương ứng là U₁, U₂, U₃. Hệ thức nào sau đây là đúng?

A. $U_1=U_2=U_3$

B. $U_1\ne U_2=U_3$

C. $U_1=U_2\ne U_3$

D. $U_2\ne U_1=U_3$

Lời giải:

Đáp án đúng là A

$R_{MN}=R_{23}+R_1=\frac{\mathrm{1,5}R.3R}{\mathrm{1,5}R+3R}+R=2R$

$I=I_1=I_{23}=\frac{U}{R_{MN}}=\frac{U}{2R}$

$U_1=I_1{R}_1=\frac{U}{2R}.R=\frac{U}{2}$

$U_{23}=I_{23}{R}_{23}=\frac{U}{2R}.R=\frac{U}{2}=U_2=U_3$

Câu 4.31 trang 50 SBT Vật Lí 11: Một bóng đèn điện được thiết kế để sáng đúng công suất định mức P₀ khi hiệu điện thế giữa hai đầu đèn là U₀. Nếu hiệu điện thế là U với $U<U_0$, đèn sẽ sáng với công suất là

A. $\text{P}=\frac{U_0}{U}{\text{P}}_0$

B. $\text{P}=\frac{U}{U_0}{\text{P}}_0$

C. $\text{P}={\left(\frac{U_0}{U}\right)}^2{\text{P}}_0$

D. $\text{P}={\left(\frac{U}{U_0}\right)}^2{\text{P}}_0$

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Công suất $\text{P}={\left(\frac{U}{U_0}\right)}^2{\text{P}}_0$

Câu 4.32 trang 50 SBT Vật Lí 11: Hai vật dẫn được nối với cùng một hiệu điện thế. Vật A có điện trở gấp đôi điện trở vật B. Tỉ số công suất tiêu thụ điện của vật A và của vật B là

A. 2.                    

B. 1/2.                 

C 1/4.                  

D. 4.

Lời giải:

Đáp án đúng là B

Ta có ${\text{P}}_A=\frac{U^2}{R_A} và {\text{P}}_B=\frac{U^2}{R_B};$$do R_A=2R_B nên \frac{{\text{P}}_A}{{\text{P}}_B}=\frac{\frac{U^2}{R_A}}{\frac{U^2}{R_B}}=\frac{1}{2}$

Câu 4.33 trang 50 SBT Vật Lí 11: Mạch điện (Hình 4.10) có mạch ngoài là biến trở R. Đóng khoá K, thay đổi R để công suất ở mạch ngoài cực đại. Giá trị của biến trở và công suất cực đại lúc đó là

A. $2r;\frac{{\text{E}}^2}{2r}$

B. $r;\frac{{\text{E}}^2}{4r}$

C. $r;\frac{{\text{E}}^2}{2r}$

D. $4r;\frac{{\text{E}}^2}{r}$

Lời giải:

Đáp án đúng là B

Công suất tiêu thụ: $\text{P}=I^{2}R={\left(\frac{\text{E}}{R+r}\right)}^{2}R=\frac{{\text{E}}^2}{{\left(\sqrt{R}+\frac{r}{\sqrt{R}}\right)}^2}$

Để công suất cực đại khi và chỉ khi r = R và  $\text{P}=\frac{{\text{E}}^2}{4r}$

Câu 4.34 trang 51 SBT Vật Lí 11: Một ampe kế và một vôn kế được mắc nối tiếp với một pin. Khi đó, số chỉ của chúng lần lượt là I và U. Giữ nguyên các thành phần của mạch, mắc một điện trở R song song với vôn kế. Phát biểu nào sau đây là đúng?

A. I và U đều tăng.                            

B. I và U đều giảm.

C. I sẽ giảm, U sẽ tăng.                     

D. I sẽ tăng, U sẽ giảm.

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Lúc đầu: $I=\frac{\text{E}}{R+r}$

Lúc sau: $I\text{'}=\frac{\text{E}}{R\text{'}+r}$

R mắc song song với vôn kế nên R' < R nên I' > I do đó U giảm.

Câu 4.35 trang 51 SBT Vật Lí 11: Một acquy được dùng để cấp điện cho bóng đèn pin và đèn đang sáng. Nêu sự chuyển hoá năng lượng xảy ra trong

a) acquy.

b) bóng đèn.

Lời giải:

a) Năng lượng hoá học chuyển thành năng lượng điện

b) Năng lượng điện chuyển thành năng lượng nhiệt và năng lượng ánh sáng.

Câu 4.36 trang 51 SBT Vật Lí 11: Cho mạch điện (Hình 4.11). Khi ngắt công tắc, vôn kế chỉ 13 V, khi đóng công tắc vôn kế chỉ 12 V và ampe kế chỉ 4,0 A. Tìm:

a) Suất điện động của nguồn điện.

b) Độ giảm điện thế trên điện trở trong khi đóng công tắc.

c) Điện trở trong của nguồn điện.

Lời giải:

a) Khi ngắt công tắc $U_V=\text{E}=13V$

b) $U_V=\text{E}-Ir\Rightarrow Ir=13-12=1V$

c) $r=\frac{1}{4}=\mathrm{0,25}\Omega$

Câu 4.37 trang 51 SBT Vật Lí 11: Ba pin giống hệt nhau, mỗi pin có suất điện động 1,5 V, được mắc nối tiếp với bóng đèn có điện trở 15Ω. Cường độ dòng điện trong mạch là 0,27 A. Tính điện trở trong của mỗi pin.

Lời giải:

Do 3 nguồn mắc nối tiếp nên: $3r=\frac{\text{E}-U}{I}=\frac{\mathrm{3.1,5}-\mathrm{0,27.15}}{\mathrm{0,27}}\Rightarrow r=\mathrm{0,57}\Omega$

Câu 4.38 trang 52 SBT Vật Lí 11: Một pin có suất điện động là 1,5 V và điện trở trong là 0,50Ω.

a) Tính cường độ dòng điện tối đa nó có thể cung cấp. Trong trường hợp nào nó có thể cung cấp dòng điện tối đa này?

b) Tính công suất tối đa mà pin có thể cung cấp cho mạch ngoài. Trong trường hợp nào nó cung cấp công suất tối đa này?.

Lời giải:

a) Cường độ dòng điện tối đa: $I=\frac{\text{E}}{r}=\frac{\mathrm{1,5}}{\mathrm{0,5}}=3A$; khi điện trở mạch ngoài bằng không.

b) $\text{P}=I^{2}r=3^2\mathrm{.0,5}=\mathrm{4,5}W$; khi điện trở mạch ngoài bằng điện trở trong của pin.

Câu 4.39 trang 52 SBT Vật Lí 11: Một nguồn 9,00 V cung cấp dòng điện 1,34 A cho bóng đèn pin trong 2 phút. Tính:

a) Điện tích đi qua đèn.

b) Số electron chuyển qua đèn.

c) Năng lượng mà nguồn cung cấp cho đèn.

d) Công suất của nguồn.

Lời giải:

a) $q=It=\mathrm{1,34.2.60}=\mathrm{160,8}C$

b) $n=\frac{q}{e}=\frac{\mathrm{160,8}}{{\mathrm{1,6.10}}^{-19}}={\mathrm{1,01.10}}^{21}$

c) $A=UIt=\mathrm{9.1,34.2.60}={\mathrm{1,45.10}}^{3}J$

d) $\text{P}=UI=\mathrm{9.1,34}=\mathrm{12,1}W$

Câu 4.40 trang 52 SBT Vật Lí 11: Một thiết bị làm nóng trong phòng thí nghiệm có điện trở 5,0 Ω. Thiết bị được nối với bộ acquy 12 V. Bỏ qua điện trở của acquy.

a) Tính cường độ dòng điện qua thiết bị.

b) Tìm công suất của thiết bị.

Lời giải:

a) $I=\frac{U}{R}=\frac{12 \text{V}}{\mathrm{5,0}\Omega }=\mathrm{2,4} \text{A}$

b) $\text{P}=I^{2}R={(\mathrm{2,4} A)}^2\left(\mathrm{5,0}\Omega \right)=29 W$

Câu 4.41 trang 52 SBT Vật Lí 11: Một bóng đèn pin đang sáng với hiệu điện thế giữa hai đầu bóng đèn là 2,2 V và cường độ dòng điện qua đèn là 0,25 A. Hãy tính:

a) Lượng điện tích đi qua bóng đèn trong một giây.

b) Năng lượng tiêu thụ trên bóng đèn khi mỗi culông điện tích truyền qua.

Lời giải:

a) $q=It=\mathrm{0,25.1}=\mathrm{0,25}C$

b) Năng lượng tiêu thụ trên bóng đèn khi mỗi culông điện tích truyền qua:

A = qU = 1.2,2 = 2,2 J

Câu 4.42 trang 52 SBT Vật Lí 11: Một bóng đèn pin đang sáng với hiệu điện thế giữa hai đầu bóng đèn là 3,0 V và điện trở của bóng đèn là 15 Ω. Tính:

a) Cường độ dòng điện trong bóng đèn.

b) Công suất cung cấp điện cho bóng đèn.

c) Năng lượng điện mà nguồn cung cấp cho bóng đèn trong 2,5 giờ.

Lời giải:

a) $I=\frac{U}{R}=\frac{3}{15}=\mathrm{0,2}A$

b) $\text{P}=UI=\mathrm{3.0,2}=\mathrm{0,6}W$

c) $A=UIt=\mathrm{3.0,2.2,5.3600}=5400J$

Câu 4.43 trang 52 SBT Vật Lí 11: Người ta dùng số ampe-giờ (Ah) để biểu diễn năng lượng lưu trữ của pin hoặc acquy. Một acquy 60 Ah có thể cung cấp dòng điện có cường độ 60 A trong 1 giờ hoặc 30 A trong 2 giờ,... Tính năng lượng được lưu trữ trong acquy ô tô 12 V, 80 Ah (0,80.10² Ah), theo đơn vị J.

Lời giải:

Acquy 80 Ah có thể cung cấp dòng điện có cường độ 80 A trong 1 giờ nên năng lượng lưu trữ được trong acquy là $A=UIt=\mathrm{12.80.3600}={\mathrm{3,5.10}}^{6}J$

Câu 4.44 trang 53 SBT Vật Lí 11: Xét mạch điện ở Hình 4.12 và giả sử nguồn điện không có điện trở trong.

a) Ngay sau khi đóng công tắc, cường độ dòng điện chạy qua nguồn điện là

A. 0 .                   

B. $\text{E}/2R$.            

C. $2\text{E}/R$.            

D. $\text{E}/R$.

b) Sau một thời gian rất dài, cường độ dòng điện chạy qua nguồn là

A. 0 .                   

B. $\text{E}/2R$.            

C. $2\text{E}/R$.            

D. $\text{E}/R$.

Lời giải:

a) Khi đóng công tắc, điện trở mạch ngoài $R_N=\frac{R}{2}$

Cường độ dòng điện: $I=\frac{\text{E}}{R_N}=\frac{2\text{E}}{R}$

Chọn C

b) Chọn D.

Câu 4.45 trang 53 SBT Vật Lí 11: Một bộ pin có suất điện động 12,0 V và điện trở trong r = 0,05 Ω. Người ta mắc vào hai cực của nó một điện trở R = 3,00 Ω.

a) Tìm cường độ dòng điện trong mạch và hiệu điện thế giữa hai cực của bộ pin.

b) Tính công suất cung cấp cho điện trở R, công suất cung cấp cho điện trở trong r và công suất do bộ pin cung cấp.

c) Khi pin già đi, điện trở trong của nó tăng lên. Giả sử đến một thời điểm, điện trở trong của bộ pin này là 2,00 Ω. Thực hiện các câu hỏi a) và b) cho trường hợp này.

Lời giải:

$I=\frac{\text{E}}{R+r}=\frac{\mathrm{12,0} V}{(\mathrm{3,00}\Omega +\mathrm{0,05}\Omega )}=\mathrm{3,93} A$

$U=\text{E}-Ir=\mathrm{12,0} V-(\mathrm{3,93} A)\left(\mathrm{0,05}\Omega \right)=\mathrm{11,8} V$

b) ${\text{P}}_R=I^{2}R={(\mathrm{3,93} A)}^2\left(\mathrm{3,00}\Omega \right)=\mathrm{46,3} W$

${\text{P}}_r=I^{2}r={(\mathrm{3,93} A)}^2\left(\mathrm{0,05}\Omega \right)=\mathrm{0,772} W$

c) $I=\frac{\text{E}}{R+r}=\frac{\mathrm{12,0} V}{(\mathrm{3,00}\Omega +\mathrm{2,00}\Omega )}=\mathrm{2,40} A$

$U=\text{E}-Ir=\mathrm{12,0} V-(\mathrm{2,40} A)\left(\mathrm{2,00}\Omega \right)=\mathrm{7,2} V$

${\text{P}}_R=I^{2}R={(\mathrm{2,40} A)}^2\left(\mathrm{3,00}\Omega \right)=\mathrm{17,3} W$

${\text{P}}_r=I^{2}r={(\mathrm{2,40} A)}^2\left(\mathrm{2,00}\Omega \right)=\mathrm{11,5} W$

$\text{P}={\text{P}}_R+{\text{P}}_r=\mathrm{17,3} W+\mathrm{11,5} W=\mathrm{28,8} W$

Câu 4.46 trang 53 SBT Vật Lí 11: Một acquy có suất điện động 15,0 V. Hiệu điện thế giữa hai cực của acquy là 11,6 V khi nó cung cấp công suất điện 20,0 W cho điện trở ngoài R.

a) Tính giá trị của R.

b) Tìm điện trở trong của acquy.

Lời giải:

a) $\text{P}=\frac{U^2}{R}\Rightarrow 20=\frac{{\mathrm{11,6}}^2}{R}\Rightarrow R=\mathrm{6,728}\Omega$

b) $\frac{U}{E}=\frac{R}{R+r}\Rightarrow \frac{\mathrm{11,6}}{15}=\frac{\mathrm{6,728}}{\mathrm{6,728}+r}\Rightarrow r=\mathrm{1,972}\Omega$

Câu 4.47 trang 54 SBT Vật Lí 11: Đèn pin ở Hình 2.2, trang 92 sách Vật Lí 11 dùng hai pin mắc nối tiếp nhau. Mỗi pin có suất điện động 1,50 V. Một pin có điện trở trong 0,255Ω, pin còn lại có điện trở trong 0,153Ω. Khi đóng công tắc, cường độ dòng điện trong bóng đèn là 0,600 A. Tìm:

a) Điện trở của bóng đèn pin.

b) Công suất chuyển năng lượng ở điện trở trong (thành nội năng trong pin).

Lời giải:

$R=\frac{\mathrm{3,00} \text{V}}{\mathrm{0,600} \text{A}}=\mathrm{5,00}\Omega$

a) $R_{\text{d}}=R-r_{\text{pin }}=\mathrm{5,00}\Omega -\mathrm{0,408}\Omega =\mathrm{4,59}\Omega$

b) ${\text{P}}_{pin}=\left(\mathrm{0,408}\Omega \right){(\mathrm{0,600} A)}^2=\mathrm{0,145} W$

Câu 4.48 trang 54 SBT Vật Lí 11: Một acquy ô tô có suất điện động 12,6 V và điện trở trong 0,080 Ω. Các đèn của ô tô (được mắc song song với nhau) có điện trở tương đương là 5,00Ω (coi là không đổi). Tìm hiệu điện thế giữa hai đầu các bóng đèn:

a) Khi acquy chỉ dùng để cấp điện cho các đèn.

b) Khi khởi động ô tô, cần thêm 35,0 A từ acquy.

Lời giải:

a) Khi acquy chì cấp điện cho các đèn

$$\begin{gathered} I=\frac{\text{E}}{R+r}=\frac{\mathrm{12,6} V}{(\mathrm{5,00}\Omega +\mathrm{0,080}\Omega )}=\mathrm{2,48} A \\ \Rightarrow U=IR=(\mathrm{2,48} \text{A})\left(\mathrm{5,00}\Omega \right)=\mathrm{12,4} \text{V} \end{gathered}$$

b) Gọi I₁ và I₂ lần lượt là cường độ dòng điện qua acquy và qua đèn

$I_1=I_2+\mathrm{35,0} \text{A}$

$\text{E}-I_{1}r-I_{2}r=0$

$\text{E}=\left(I_2+\mathrm{35,0} A\right)\left(\mathrm{0,080}\Omega \right)+I_2\left(\mathrm{5,00}\Omega \right)=\mathrm{12,6} V$

$I_2=\mathrm{1,93} \text{A}$

$U_2=(\mathrm{1,93} \text{A})\left(\mathrm{5,00}\Omega \right)=\mathrm{9,65} \text{V}.$

Xem thêm lời giải SBT Vật lí 11 bộ sách Cánh diều hay, chi tiết khác:

Chủ đề 1: Dao động

Chủ đề 2: Sóng

Chủ đề 3: Điện trường