Luyện thi Vật lí Lớp 11 - Chương 3: Dòng điện trong các môi trường - Bài 1: Dòng điện trong kim loại - Chu Văn Biên

Nội dung text: Luyện thi Vật lí Lớp 11 - Chương 3: Dòng điện trong các môi trường - Bài 1: Dòng điện trong kim loại - Chu Văn Biên

1. CHƯƠNG III. DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG BÀI 1. DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI TÓM TẮT LÝ THUYẾT + Hạt tải điện trong kim loại là các electron tự do. Mật độ của chúng rất cao nên kim loại dẫn điện rất tốt. + Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường. + Chuyển động nhiệt của mạng tinh thể cản trở chuyển động của hạt tải điện làm cho điện trở kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ. Đến gần 0 K , điện trở của kim loại rất nhỏ. + Vật liệu siêu dẫn có điện trở đột ngột giảm đến bằng 0 khi nhiệt độ T TC . + Cặp nhiệt điện là hai dây kim loại khác bản chất, hai đầu hàn vào nhau. Khi nhiệt độ hai mối hàn T1,T2 khác nhau, trong mạch có suất điện động nhiệt điện E T T1 T2 , T là hệ số nhiệt điện động. TRẮC NGHIỆM ĐỊNH TÍNH Câu 1. Hạt tải điện trong kim loại là: A. ion dương và ion âm.B. electron và ion dương. C. electron.D. electron, ion dương và ion âm. Câu 2. Hạt tải điện trong kim loại là: A. các electron của nguyên tử. B. electron ở lớp trong cùng của nguyên tử. C. các electron hóa trị đã bay tự do ra khỏi tinh thể. D. các electron hóa trị chuyển động tự do trong mạng tinh thể. Câu 3. Khi nhiệt độ tăng điện trở của kim loại tăng là do: A. số electron tự do trong kim loại tăng. B. số ion dương và ion âm trong kim loại tăng. C. các ion dương và các electron chuyển động hỗn độn hơn. D. sợi dây kim loại nở dài ra. Câu 4. Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển động có hướng của: A. các ion dương cùng chiều điện trường. B. các ion âm ngược chiều điện trường. C. các electron tự do ngược chiều điện trường. D. các proton cùng chiều điện trường. Câu 5. Nguyên nhân gây ra điện trở của vật dẫn làm bằng kim loại là: A. do các electron va chạm với các ion dương ở nút mạng. B. do các electron dịch chuyển quá chậm.
2. C. do các ion dương va chạm với nhau. D. do các nguyên tử kim loại va chạm mạnh với nhau. Câu 6. Điện trở suất của vật dẫn phụ thuộc vào: A. chiều dài của dây dẫn. B. chiều dài và tiết diện vật dẫn. C. tiết diện của vật dẫn. D. nhiệt độ và bản chất của vật dẫn. Câu 7. Phát biểu nào dưới đây không đúng với kim loại? A. Điện trở suất tăng khi nhiệt độ tăng. B. Hạt tải điện là các ion tự do. C. Khi nhiệt độ không đổi, dòng điện tuân theo định luật Ôm. D. Mật độ hạt tải điện không phụ thuộc vào nhiệt độ. Câu 8. Hiện tượng siêu dẫn là hiện tượng mà khi ta hạ nhiệt độ xuống dưới nhiệt độ TC nào đó thì điện trở của kim loại (hay hợp kim): A. tăng đến vô cực. B. giảm đến một giá trị khác không. C. giảm đột ngột đến giá trị bằng không. D. không thay đổi. Câu 9. Các kim loại đều: A. dẫn điện tốt, có điện trở suất không thay đổi theo nhiệt độ. B. dẫn điện tốt, có điện trở suất thay đổi theo nhiệt độ. C. dẫn điện tốt như nhau, có điện trở suất thay đổi theo nhiệt độ. D. dẫn điện tốt, có điện trở suất thay đổi theo nhiệt độ giống nhau. Câu 10. Khi vật dẫn ở trạng thái siêu dẫn, điện trở của nó: A. vô cùng lớn.B. có giá trị âm. C. bằng không.D. có giá trị dương xác định. Câu 11. Câu nào dưới đây nói về tính chất điện của kim loại là không đúng? A. Kim loại là chất dẫn điện. B. Kim loại có điện trở suất khá lớn, lớn hơn 107 .m . C. Điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ. D. Cường độ dòng điện chạy qua dây kim loại tuân theo đúng quy định luật Ôm khi nhiệt độ của dây kim loại này thay đổi không đáng kể. Câu 12. Câu nào dưới đây nói về hiện tượng nhiệt điện là không đúng?
3. A. Cặp nhiệt điện gồm hai dây kim loại khác nhau có hai đầu hàn nối với nhau. Nếu giữ hai mối hàn này ở hai nhiệt độ khác nhau T1 T2 thì bên trong cặp nhiệt điện sẽ xuất hiện một suất điện động nhiệt điện. B. Độ lớn của suất điện động nhiệt điện trong cặp nhiệt điện chỉ phụ thuộc nhiệt độ của mối hàn nóng có nhiệt độ cao hơn. C. Độ lớn của suất điện động nhiệt điện trong cặp nhiệt điện tỉ lệ với hiệu nhiệt độ T1 T2 giữa hai mối hàn nóng và lạnh. D. Cặp nhiệt điện được dùng phổ biến để làm nhiệt kế đo nhiệt độ. ĐÁP ÁN 1C 2D 3C 4C 5A 6D 7B 8C 9B 10C 11B 12B TRẮC NGHIỆM ĐỊNH LƯỢNG PHƯƠNG PHÁP CHUNG U + Dòng điện trong kim loại tuân theo định luật Ôm: I . R + Sự phụ thuộc của điện trở, điện trở suất vào nhiệt độ: R R0 1 t t0 ; 0 1 t t0 . + Suất điện động nhiệt điện: End T T1 T2 . Câu 1. Một dây bạch kim ở 200 C có điện trở suất 10,6.10 8 .m . Xác định điện trở suất của dây bạch kim này ở 11200 C . Cho biết điện trở suất của dây bạch kim trong khoảng nhiệt độ này tăng bậc nhất theo nhiệt độ với hệ số nhiệt điện trở không đổi bằng 3,9.10 3 K 1 . A. 56,9.10 8 .m B. 45,5.10 8 .m C. 56,1.10 8 .m D. 46,3.10 8 .m Hướng dẫn 8 3 8 Từ: 0 1 t t0 10,6.10 1 3,9.10 1120 20 56,1.10 .m . Chọn C. Câu 2. Dựa vào quy luật phụ thuộc nhiệt độ của điện trở suất của dây kim loại, tìm công thức xác định sự phụ thuộc nhiệt độ của điện trở của một dây kim loại có độ dài l và tiết diện đều S . Giả thiết trong khoảng nhiệt độ ta xét, độ dài và tiết diện của dây kim loại không thay đổi. Hướng dẫn l l Từ 1 t t 1 t t R R 1 t t . 0 0 S 0 S 0 0 0
4. Câu 3. Một bóng đèn 220V 100W có dây tóc bằng vôn-fram. Khi sáng bình thường thì nhiệt độ của dây tóc bóng đèn là 20000 C . Biết nhiệt độ của môi trường là 200 C và hệ số nhiệt điện trở của vôn-fram là 4,5.10 3 K 1 . Điện trở của bóng đèn khi thắp sáng bình thường và khi không thắp sáng lần lượt là: A. 560  và 56,9  B. 460  và 45,5  C. 484  và 48,8  D. 760  và 46,3  Hướng dẫn 2 2 2 Ud Ud 220 Khi thắp sáng điện trở của bóng đèn: Pd R 484  . R Pd 100 3 Từ: R R0 1 t t0 484 R0 1 4,5.10 2000 20 R0 48,84  . Chọn C. Câu 4. Một bóng đèn 220V 40W có dây tóc làm bằng vôn-fram. Điện trở của dây tóc bóng đèn ở 0 3 1 20 C là R0 121 . Cho biết hệ số nhiệt điện trở của vôn-fram là 4,5.10 K . Nhiệt độ của dây tóc khi bóng đèn sáng bình thường là: A. 20200 C B. 22200 C C. 21200 C D. 19800 C Hướng dẫn 2 2 2 Ud Ud 220 Khi thắp sáng điện trở của bóng đèn: Pd R 1210  . R Pd 40 3 0 Từ: R R0 1 t t0 1210 R0 1 4,5.10 t 20 t 2020 C . Chọn A. Câu 5. Khi cho dòng điện chạy qua sợi dây thép thì nhiệt độ của sợi dây này tăng thêm 2500 C và điện trở của nó tăng gấp đôi. Xác định hệ số nhiệt điện trở của sợi dây thép này: A. 0,004 K 1 B. 0,002 K 1 C. 0,04 K 1 D. 0,005 K 1 Hướng dẫn R2 1 Từ: 1 t2 t1 2 1 .250 0,004 K . R1 Chọn A. Câu 6. Dây tóc của bóng đèn 220V 200W khi sáng bình thường ở nhiệt độ 25000 C có điện trở gấp 0 0 10,8 lần so với điện trở ở 100 C . Hệ số nhiệt điện trở và điện trở R0 của dây tóc ở 100 C lần lượt là: A. 4,1.10 3 K 1 và 22,4  B. 4,3.10 3 K 1 và 45,5  C. 4,1.10 3 K 1 và 45,5  D. 4,3.10 3 K 1 và 22,4  Hướng dẫn 2 2 2 Ud Ud 220 Khi thắp sáng điện trở của bóng đèn là: Pd R 242  R Pd 200
5. R R 22,4  . 1 10,8 R2 3 1 Từ 1 t2 t1 10,8 1 2500 100 4,1.10 K . R1 Chọn A. 0 Câu 7. Ở nhiệt độ t1 25 C , hiệu điện thế giữa hai cực của bóng đèn là U1 20 mV thì cường độ dòng điện qua đèn là I1 8 mA . Khi sáng bình thường, hiệu điện thế giữa hai cực của bóng đèn là U2 240V thì cường độ dòng điện qua đèn là I2 8 A . Biết hệ số nhiệt điện trở của dây tóc làm bóng đèn là 4,2.10 3 K 1 . Nhiệt độ của dây tóc bóng đèn khi đèn sáng bình thường là: A. 20200 C B. 22200 C C. 21200 C D. 26440 C Hướng dẫn 3 U1 20.10 R1 3 2,5  0 I 8,10 Điện trở dây tóc ở 25 C và khi sáng bình thường: 1 U 240 R 2 30  2 I2 8 R2 30 3 0 Từ 1 t2 t1 1 4,2.10 t 25 t2 2644 C . R1 2,5 Chọn D. Câu 8. Điện trở của một thanh graphit (than chì) giảm từ 5  xuống đến 3,75  khi nhiệt độ của nó tăng từ 500 C tới 5450 C . Hệ số nhiệt điện trở của thanh griphit này là: A. 5.10 4 K 1 B. 5.10 4 K 1 C. 6.10 4 K 1 D. 6.10 4 K 1 Hướng dẫn R2 3,75 4 1 Từ 1 t2 t1 1 545 50 5.10 K . R1 5 Chọn B. Câu 9. Một thanh đồng và một thanh graphit (than chì) có cùng tiết diện S được ghép nối với nhau. Cho 0 8 3 1 biết điện trở suất ở 0 C và hệ số nhiệt điện trở của đồng là 01 1,7.10 .m và 1 4,3.10 K , của 5 4 1 graphit là 02 1,2.10 .m và 2 5,0.10 K . Xác định tỉ số độ dài của thanh đồng và graphit để thanh ghép nối tiếp chúng có điện trở không phụ thuộc nhiệt độ. A. 0,013B. 75C. 0,012D. 82 Hướng dẫn Từ R R1 R2 R01 1 1t R02 1 2t R01 R02 R01 1 R02 2 t t l1 l2 l1 02 2 R01 1 R02 2 0 01 1 02 2 0 82 S S l2 01 1 Chọn D.
6. Câu 10. Khối lượng mol nguyên tử của đồng 64.10 3 kg / mol . Khối lượng riêng của đồng 8,9.10 3 kg / m3 . Biết rằng, mỗi nguyên tử đồng đóng góp một electron dẫn. Số Avogadro là 23 N A 6,023.10 / mol . Mật độ electron tự do trong đồng là: A. 8,4.1028 / m3 B. 8,5.1028 / m3 C. 8,3.1028 / m3 D. 8,6.1028 / m3 Hướng dẫn m 8,9.103 Xét 1 m3 đồng, số nguyên tử đồng: N N .6,023.1023 8,4.1028 . A A 64.10 3 Số electron tự do trong đồng cũng là: 8,4.1028 . Chọn A. Câu 11. Khi “khảo sát hiện tượng nhiệt điện”, các kết quả đo giá trị suất điện động nhiệt điện E và hiệu nhiệt độ T1 T2 tương ứng giữa hai mối hàn của cặp nhiệt điện sắt – Constantan được ghi trong bảng số liệu dưới đây: T1 T2 K 0 10 20 30 40 50 E mV 0 0,52 1,05 1,56 2,07 2,62 Dựa vào bảng số liệu này, hãy vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của suất điện động nhiệt điện vào hiệu nhiệt độ giữa hai mối hàn của cặp nhiệt điện sắt – constantan được khảo sát ở trên, từ đó xác định hệ số nhiệt điện động của cặp nhiệt này. Hướng dẫn Nối các điểm ta nhận thấy, đồ thị phụ thuộc E vào T1 T2 có dạng đường thẳng. Như vậy, E tỉ lệ với T1 T2 hay End T T1 T2 với T là hệ số nhiệt động. Từ đồ thị: MH 2,6.10 3 tan  52.10 6 V / K . T OH 50 Câu 12. Một mối hàn của cặp nhiệt điện có hệ số nhiệt điện động T 65 V / K được đặt trong không khí ở 200 C , còn mối hàn kia được nung nóng đến nhiệt độ 3200 C . Suất điện động nhiệt điện của cặp nhiệt điện bằng: A. 1,95 mV B. 4,25 mV C. 19,5 mV D. 4,25 mV Hướng dẫn 6 3 Tính: End T T1 T2 65.10 320 20 19,5.10 V . Chọn C.
7. Câu 13. Nối cặp nhiệt đồng – constantan với một milivôn kế thành một mạch kín. Nhúng một mối hàn vào nước đá đang tan và một mối hàn vào hơi nước sôi, thì milivôn kế chỉ 4,25 mV . Xác định hệ số nhiệt điện động của cặp nhiệt này. A. 42,5 V / K B. 4,25 V / K C. 42,5 mV / K D. 4,25 mV / K Hướng dẫn 3 5 Từ: End T T1 T2 4,25.10 T 100 0 T 4,25.10 V / K . Chọn A. Câu 14. Dùng cặp nhiệt điện đồng – constantan có hệ số nhiệt điện động là 42,5 V / K nối với milivôn kế để đo nhiệt độ nóng chảy của thiếc. Đặt mối hàn thứ nhất của cặp nhiệt điện này trong nước đá đang tan và nhúng mối hàn thứ hai của nó vào thiếc đang chảy lỏng, khi đó milivôn kế chỉ 10,03 mV . Nhiệt độ nóng chảy của thiếc là: A. 2020 C B. 2360 C C. 2120 C D. 2460 C Hướng dẫn 3 6 0 Từ End T T1 T2 10,03.10 42,5.10 t 0 t 236 C . Chọn B. Câu 15. Nhiệt kế điện thực chất là một cặp nhiệt điện dùng để đo nhiệt độ rất cao hoặc rất thấp mà ta không thể dùng nhiệt kế thông thường để đo được. Dùng nhiệt kế điện có hệ số nhiệt điện động 0 T 42 V / K để đo nhiệt độ của một lò nung với một mối hàn đặt trong không khí ở 20 C còn mối hàn kia đặt vào lò thì thấy milivôn kế chỉ 50,2 mV . Nhiệt độ của lò nung là: A. 12020 C B. 12360 C C. 12150 C D. 12460 C Hướng dẫn 3 6 0 Từ End T T1 T2 50,2.10 42.10 t 20 t 1215 C . Chọn C. Câu 16. Cặp nhiệt điện sắt – constantan có hệ số nhiệt điện động là 52 V / K và điện trở trong r 0,5  . Nối cặp nhiệt điện này với điện kế G có điện trở trong là 20  . Đặt một mối hàn của cặp nhiệt điện này trong không khí ở 200 C và nhúng mối hàn thứ hai vào trong lò điện có nhiệt độ 6200 C . Cường độ dòng điện chạy qua điện kế G là: A. 1,52 mA B. 1,25 mA C. 1,95 mA D. 4,25 mA Hướng dẫn 6 3 End T T1 T2 52.10 620 20 31,2.10 V Tính 3 End 31,2.10 3 I 1,52.10 A RG r 20 0,5 Chọn A.
8. Câu 17. Nối cặp nhiệt điện sắt – constantan có điện trở là 0,8  với một điện kế có điện trở là 20  thành một mạch kín. Nhúng một mối hàn của cặp nhiệt này vào nước đá đang tan và đưa mối hàn còn lại vào trong lò điện. Khi đó điện kế chỉ 1,60 mA . Cho biết hệ số nhiệt điện động của cặp nhiệt điện là 52 V / K . Nhiệt độ bên trong lò điện là: A. 9020 K B. 6860 K C. 6400 K D. 9130 K Hướng dẫn End T T1 T2 Tính I R r T T End G T 1 2 I RG r 3 6 0 1,6.10 20 0,8 52.10 T1 273 T1 913 K Chọn D. BÀI TOÁN TƯƠNG TỰ VÀ BIẾN TƯỚNG Câu 1. Dây tóc của một bóng đèn 12V 20W khi thắp sáng bình thường có nhiệt độ là 25000 C và có điện trở lớn gấp 16 lần so với điện trở của nó ở 200 C . Cho biết trong khoảng nhiệt độ này, điện trở của dây tóc đèn tăng bậc nhất theo nhiệt độ. Điện trở của dây tóc bóng đèn này khi thắp sáng bình thường và hệ số nhiệt điện trở của nó lần lượt là: A. 22,4  và 4,2.10 3 K 1 B. 45,5  và 4,3.10 3 K 1 C. 7,2  và 6,1.10 3 K 1 D. 7,2  và 4,3.10 3 K 1 Câu 2. Một bóng đèn sáng bình thường ở hiệu điện thế 220V thì dây tóc có điện trở xấp xỉ 970  . Hỏi bóng đèn có thể thuộc loại nào dưới đây? A. 220V 25W B. 220V 50W C. 220V 100W D. 220V 200W Câu 3. Một mối hàn của một cặp nhiệt điện có hệ số nhiệt điện động T được đặt trong không khí ở 200 C , còn mối hàn kia được nung nóng đến 5000 C , suất điện động nhiệt điện của cặp nhiệt điện khi đó là 6 mV . Hệ số nhiệt điện động của cặp nhiệt điện đó là: A. 125.10 6 V / K B. 25.10 6 V / K C. 125.10 7 V / K D. 6,25.10 7 V / K 0 8 Câu 4. Một dây bạch kim ở 20 C có điện trở suất 0 10,6.10 .m . Tính điện trở suất của dây dẫn này ở 5000 C . Biết hệ số nhiệt điện trở của bạch kim là 3,9.10 3 K 1 . A. 31,27.10 8 .m B. 20,67.10 8 .m C. 30,44.10 8 .m D. 34,28.10 8 .m Câu 5. Một mối hàn của cặp nhiệt điện có hệ số nhiệt điện động T 65 V / K đặt trong không khí ở 200 C , còn mối hàn kia được nung nóng đến nhiệt độ 2320 C . Suất nhiệt điện động của cặp nhiệt điện khi đó là:
9. A. 13,00 mV B. 13,58 mV C. 13,98 mV D. 13,78 mV Câu 6. Một cặp nhiệt điện có đầu A đặt trong nước đá đang tan, còn đầu B cho vào nước đang sôi, khi đó suất điện động nhiệt điện là 2 mV . Nếu đưa đầu B ra không khí có nhiệt độ 200 C thì suất điện động nhiệt điện bằng bao nhiêu? A. 4.10 3 V B. 4.10 4 V C. 10 3 V D. 10 4 V Câu 7. Một thanh kim loại có điện trở 10  khi ở nhiệt độ 200 C , khi nhiệt độ là 1000 C thì điện trở của nó là 12  . Hệ số nhiệt điện trở của kim loại đó là: A. 2,5.10 3 K 1 B. 2.10 3 K 1 C. 5.10 3 K 1 D. 10 3 K 1 Câu 8. Ở nhiệt độ 250 C , hiệu điện thế giữa hai đầu bóng đèn là 20V , cường độ dòng điện là 8 A . Khi đèn sáng bình thường, cường độ dòng điện vẫn là 8 A , nhiệt độ của bóng đèn khi đó là 26440 C . Hỏi hiệu điện thế hai đầu bóng đèn lúc đó là bao nhiêu? Biết hệ số nhiệt điện trở của dây tóc bóng đèn là 4,2.10 3 K 1 . A. 240V B. 300V C. 250V D. 200V Câu 9. Một bóng đèn 6V 5 A được nối với hai cực của một nguồn điện. Ở 200 C , khi hiệu điện thế giữa hai cực của đèn là 36 mV thì cường độ dòng điện chạy qua nó là 50 mA . Xác định nhiệt độ của dây tóc bóng đèn khi đèn được thắp sáng bình thường. Cho biết hệ số nhiệt điện trở của dây tóc bóng đèn là 4,5.10 4 K 1 . A. 20500 C B. 25000 C C. 15000 C D. 23500 C Câu 10. Dùng cặp nhiệt điện đồng – constantan với milivôn kế để thành một mạch kín. Giữ một mối hàn của cặp nhiệt điện trong không khí ở 200 C , nhúng mối hàn còn lại vào khối thiếc đang nóng chảy. Khi đó milivôn kế chỉ 9,18 mV . Cho biết hệ số nhiệt điện dộng của cặp nhiệt điện là 42,5 V / K . Xác định nhiệt độ của thiếc nóng chảy. A. 2360 C B. 4300 C C. 2400 C D. 2580 C Câu 11. Dây tóc bóng đèn 220V 100W khi sáng bình thường ở 24850 C có điện trở lớn gấp n 12,1 lần so với điện trở của nó ở 200 C . Cho biết điện trở của dây tóc đèn trong nhiệt độ này tăng bậc nhất theo nhiệt độ. Hệ số nhiệt điện trở của dây tóc đèn và điện trở của dây tóc bóng đèn ở 200 C lần lượt là: A. 4,5.10 3 K 1 và 44  B. 4,3.10 3 K 1 và 45,5  C. 4,5.10 3 K 1 và 40  D. 4,3.10 3 K 1 và 22,4  Câu 12. Một thanh đồng có tiết diện S và một thanh graphit (than chì) có tiết diện 6S được ghép nối 0 8 tiếp với nhau. Cho biết điện trở suất ở 0 C và hệ số nhiệt điện của đồng là 01 1,7.10 .m và 3 1 5 4 1 1 4,3.10 K , của graphit là 02 1,2.10 .m và 2 5.10 K . Khi ghép hai thanh ghép nối
10. tiếp thì điện trở của hệ không phụ thuộc nhiệt độ. Tỉ số độ dài của thanh đồng và graphit gần giá trị nào nhất sau đây? A. 0,13B. 75C. 13,7D. 82 Câu 13. Nối cặp nhiệt điện sắt – constantan có điện trở là với một điện kế có điện trở là thành một mạch kín. Nhúng một mối hàn của cặp nhiệt này vào nước đá đang tan và đưa mối hàn còn lại vào trong lò điện. Khi đó số chỉ điện kế là I . Cho biết hệ số nhiệt điện động của cặp nhiệt điện là T . Nếu 0 I RG r / T 600 K . Nhiệt độ bên trong lò điện là: A. 8730 K B. 6000 C C. 6400 C D. 9130 K ĐÁP ÁN 1C 2B 3C 4C 5D 6B 7A 8A 9C 10A 11C 12C 13A