Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 11 - Chủ đề 2: Dòng điện không đổi - Chuyên đề 1: Tổng quan dòng điện không đổi

Nội dung text: Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 11 - Chủ đề 2: Dòng điện không đổi - Chuyên đề 1: Tổng quan dòng điện không đổi

1. CHƯƠNG 2: DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI CHUYÊN ĐỀ 1: TỔNG QUAN DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI PHẦN 1: LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM Đại lượng Đoạn mạch Nguồn điện Định luật Ôm Công A Uq UIt A EIt Toàn mạch A A E Công suất P UI P EI I t t R N r Công suất P I2.r P I2R tỏa nhiệt 2 Định luật 2 Q I rt Q I Rt Jun – Len xơ E U Đoạn mạch I AB Hiệu suất của A U It U R r H ci N N chứa nguồn N nguồn điện A EIt E PHẦN 2: CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng 1: Các đại lượng đặc trưng 1. Phương pháp giải Tính cường độ dòng điện, số êlectron đi qua một Ví dụ: Một điện lượng 6mC dịch chuyển qua tiết đoạn mạch. diện thẳng của dây dẫn trong thời gian 2s. Cường q U độ dòng điện chạy qua dây dẫn này bằng I (q là điện lượng dịch chuyển qua đoạn t R A. 3mA.B. 6mA.C. 60mA.D. 1,5mA Trang 1
2. mạch) Hướng dẫn q Cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn: N Với e 1,6.10 19 C e q I 3.10 3 A Vận tốc trung bình của êlectron chuyển động trong t 1 Chọn A. dây dẫn: v S.n.e Trong đó I là cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn, n là mật độ êlectron tự do, e là điện tích của êlectron. 2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Một dây dẫn kim loại có các êlectron tự do chạy qua và tạo thành một dòng điện không đổi. Dây có tiết diện S 0,6 mm2 , trong thời gian 10 s có điện lượng q 9,6 C đi qua. Tính cường độ dòng điện và số êlectron đã đi qua tiết diện ngang của dây trong thời gian 10 s? A. I 1A, N 6.1010 hạt.B. I 2A, N 5.1015 hạt. C. I 1,5A, N 6.1019 hạt. D. I 0,96A, N 6.1019 hạt. Hướng dẫn q Cường độ dòng điện là: I 0,96 A. t q Số êlectron đã qua tiết diện ngang của dây được tính bởi: N 6.1019 hạt. e Chọn D. Ví dụ 2: Pin Lơclăngsê sản ra một công là 270J khi dịch chuyển lượng điện tích là 180C giữa hai cực bên trong pin. Tính công mà pin sản ra khi dịch chuyển một lượng điện tích 40C giữa hai cực bên trong pin? A. 40 J.B. 50 J.C. 60 J.D. 70 J. Hướng dẫn A 270 Suất điện động của Pin: E 1,5 V q 180 Công mà pin sản ra khi dịch chuyển một lượng điện tích 40 (C) giữa hai cực bên trong pin. A Ta có: E A qE 40.1,5 60 J q Chọn C. Ví dụ 3: Một dây dẫn kim loại có mật độ êlectron tự do trong dây là n 4.1028 m 3 và tiết diện của dây dẫn là S 0,8 mm2 . Trong khoảng thời gian 10 s có điện lượng q 9,6C đi qua. Vận tốc trung bình của chuyển động định hướng của êlectron bằng A. 0,1875 mm s .B. 0,875 mm s. C. 0,875 cm s. D. 1 m s. Hướng dẫn Trang 2
3. 1 Ta có vận tốc trung bình của chuyển động định hướng của các êlectron tính bởi: v S.n.e q Mà cường độ dòng điện tính bởi: I t q 9,6 Suy ra: v 1,875.10 4 m s 0,1875 mm s S.t.n.e 0,8.10 6.10.4.1028.1,6.10 19 Chọn A. Ví dụ 4: Trên một ấm nước điện có ghi 220 V – 1000 W. Dùng ấm này để đun sối 1,5 lít nước từ 20C. Nhiệt dung riêng của nước bằng 4190 J kg.K và khối lượng riêng của nước bằng 1000 kg m3 . Thời gian đun nước là: A. 502,8 s.B. 500 s.C. 480,5 s.D. 806,5 s. Hướng dẫn Nhiệt lượng cần thiết để đun sôi nước: Q m.c. t 1,5.4190. 100 20 502800 J Công suất của ấm bằng 1000W tức là trong 1s ấm cung cấp nhiệt lượng 1000J cho nước. Q 502800 Thời gian đun nước là: t 502,8 s P 1000 Chọn A. Ví dụ 5: Để trang trí cho một quầy hàng, người ta dùng các bóng đèn 6 V – 9 W mắc nối tiếp vào mạch điện có hiệu điện thế không đổi U 240V thì chúng sáng bình thường. Nếu có một bóng bị cháy, người ta nối tắt đoạn mạch có bóng đó lại thì công suất tiêu thụ của mỗi bóng tăng hay giảm bao nhiêu phần trăm? A. Tăng 5,2%B. Giảm 5,2%C. Tăng 4,8%D. Giảm 4,8% Hướng dẫn U 240 Số bóng cần dùng để chúng sáng bình thường: n 40 (bóng) UĐ 6 2 2 UĐ 6 Điện trở mỗi bóng: R Đ 4  PĐ 9 Nếu có một bóng bị cháy thì điện trở tổng cộng của các bóng còn lại là R 39R Đ 156  U 240 Dòng điện qua mỗi đèn bây giờ là: I 1,54 A R 156 2 Công suất tiêu thụ của mỗi bóng bây giờ là: P I R Đ 9,47 W 9,47 9 Nghĩa là tăng lên so với trước: .100% 5,2% 9 Chọn A. Dạng 2: Mạch điện có nhiều điện trở 1. Phương pháp giải Trang 3
4. Điện trở ghép nối tiếp Ví dụ: Cho mạch điện như hình vẽ: R R1 R 2 R n R1 R 2 8  I I1 I2 In R3 10  U U1 U2 Un R 4 15  Điện trở ghép song song Hiệu điện thế giữa hai đầu mạch có giá trị 1 1 1 1 U 20 V . Cường độ dòng điện chạy qua điện trở R R1 R 2 R n R4 bằng: Hướng dẫn I I1 I2 In Mạch gồm: R1 / /R 2 nt R3 / /R 4 U U1 U2 Un R1.R 2 R3.R 4 R12 4;R34 6 R1 R 2 R3 R 4 R R12 R34 10  U Áp dụng định luật Ôm: I 2A I I R 12 34 Suy ra: U34 I34.R34 2.6 12V U4 U4 12 I4 0,8 A. R 4 15 2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Cho mạch điện như hình vẽ sau. Biết R1 10  và R 2 3R3 15  . Ampe kế A1 chỉ 4A. Tìm số chỉ ampe kế A2, A3 và vôn kế V? A. I2 1 A, I3 3 A và U 55 V. B. I2 2 A, I3 3 A và U 50 V. C. I2 1 A, I3 3,5 A và U 50 V. D. I2 1,5 A, I3 2 A và U 50 V. Hướng dẫn Ta có: U23 U2 U3 I2R 2 I3R3 I2.3R3 I3R3 3I2 I3 Lại có: I I1 I2 I3 4 I2 3I2 I2 1A, I3 3A Hiệu điện thế hai đầu điện trở R1: U1 I1R1 4.10 40 V Hiệu điện thế hai đầu điện trở R3: U3 I3R3 15 V Hiệu điện thế hai đầu mạch là: U U1 U3 40 15 55 V Vậy số chỉ của A2 là 1A, số chỉ của A3 là 3A và số chỉ của vôn kế (V) là 55V. Trang 4
5. Chọn A. Dạng 3: Bài toán ghép nguồn 1. Phương pháp giải Vận dụng các công thức về ghép nguồn nối tiếp, Ví dụ: Cho mạch điện như hình vẽ: Mỗi pin có suất song song, xung đối và hỗn hợp đối xứng. điện động 1,5 V, điện trở trong 0,25  . Điện trở ngoài 5  . Tìm cường độ dòng điện ở mạch ngoài? Eb E1 E2 En Ghép nối tiếp: A. 2,2 A rb r1 r2 rn B. 1,04 A Eb E1 E2 En C. 3 A Ghép song song: 1 1 1 1 D. 4,6 A rb r1 r2 rn Hướng dẫn E nE b Suất điện động của bộ nguồn: Ghép hỗn hợp đối xứng: nr r E 2E 2E 4E 6 V (m dãy, mỗi dãy có n nguồn) b m b Điện trở trong của bộ nguồn: Eb E1 E2 Ghép xung đối: rb 2r r 3r 0,75  rb r1 r2 Cường độ dòng điện ở mạch ngoài: E 6 I b 1,04A R rb 5 0,75 Chọn B. 2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Có 24 nguồn điện giống nhau có suất điện động mỗi nguồn là: E 1,5 V và điện trở trong r0 0,5  mắc hỗn hợp đối xứng với nhau. Người ta thấy rằng điện trở trong của bộ nguồn là r 0,75  . Suất điện động của bộ nguồn bằng: A. 6 V.B. 9 V.C. 12 V.D. 16 V. Hướng dẫn Bộ nguồn được mắc hỗn hợp gồm m dãy, mỗi dãy gồm n nguồn Suy ra số nguồn: m.n 24 nr n.0,5 n 3 Điện trở của bộ nguồn: r 0,75  m m m 2 m.n 24 m 4 Giải hệ phương trình, suy ra: 2n 3m n 6 Suất điện động của bộ nguồn bằng: Eb nE 6.1,5 9V Chọn B. Ví dụ 2: Có 6 nguồn điện giống nhau, mỗi nguồn có suất điện động E 3V và điện trở trong là r0 0,5  mắc hỗn hợp đối xứng với nhau thành một bộ nguồn nối với mạch ngoài là điện trở Trang 5
6. R 1,5  . Công suất tiêu thụ ở mạch ngoài là 24 W. Các nguồn đã được mắc với nhau như thế nào? A. 2 dãy, mỗi dãy gồm 3 nguồn mắc nối tiếp. B. 3 dãy, mỗi dãy gồm 2 nguồn mắc nối tiếp. C. 3 dãy, mỗi dãy gồm 5 nguồn mắc nối tiếp. D. 5 dãy, mỗi dãy gồm 3 nguồn mắc nối tiếp. Hướng dẫn Các nguồn mắc hỗn hợp đối xứng làm m dãy, mỗi dãy có n nguồn nối tiếp. Tổng số nguồn: m.n 6 . nr Suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn là: E nE; r b b m Công suất tiêu thụ ở mạch ngoài là: P I2R I2.1,5 24W I 4A E 3n n Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch: I b 4 4 0,75n 1,5 r R 0,5.n 2m b 1,5 m m.n 6 m 2 Giải hệ phương trình ta tìm ra được: n 0,75n 1,5 n 3 m Vậy bộ nguồn được mắc làm 2 dãy, mỗi dãy gồm 3 nguồn mắc nối tiếp. Chọn A. Ví dụ 3: (SGK vật lý nâng cao 11 - Trang 73) Tìm suất điện động và điện trở trong của nguồn điện gồm 6 ắc quy mắc như hình bên dưới? Cho biết E 2V; r 1 A. Eb 12V; rb 6 . B. Eb 6V; rb 1,5 . C. Eb 6V; rb 2 . D. Eb 4V; rb 6 . Hướng dẫn Bộ nguồn gồm đôi một mắc song song, 3 bộ đôi một lại mắc nối tiếp nên ta có: E E 2V // r 1 r  0,5  // 2 2 Eb 3E// 3.2 6 V Suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn là: rb 3r// 3.0,5 1,5  Chọn B. Trang 6