dòng điện không đổi lớp 11. Chuyên đề dành cho bồi dưỡng học sinh giỏi lớp 11. Chuyên đề gồm nhiều bài tập nâng cao về chủ đề dòng điện không đổi giúp học sinh rèn luyện các bài tập nâng cao, học sinh bồi dưỡng vật lý.
HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÍ 11 CHƯƠNG II: DỊNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI Gồm ba chủ đề - Chủ đề 1: Dòng điện khơng đổi Nguồn điện - Chủ đề 2: Điện năng, công suất điện - Chủ đề 3: Định luật Ơm tồn mạch Định luật Ơm đoạn mạch chứa nguồn điện Chủ đề 1: DỊNG ĐIỆN KHƠNG ĐỔI NGUỒN ĐIỆN I Kiến thức: Cường độ dòng điện xác định thương số điện lượng q dịch chuyển qua tiết diện thẳng vật dẫn khoảng thời gian t khoảng thời gian q I= t Dòng điện khơng đổi dòng điện có chiều cường độ khơng thay đổi theo thời gian Đơn vị cường độ dòng điện Ampe (A) Nguồn điện nguồn lượng có khả cung cấp điện cho dụng cụ tiêu thụ điện mạch Suất điện động nguồn điện đại lượng đặc trưng cho khả thực công nguồn điện đo thương số công A lực lạ thực dịch chuyển điện tích dương q ngược chiều điện trường (trong vùng có lực lạ) độ lớn điện tích Đơn vị suất điện động Vôn (V) Cấu tạo pin, acquy Nguyên tắc hoạt động pin, acquy Pin điện hóa gồm cực có chất hóa học khác ngâm chất điện phân (dd axit, bazơ, muối,…) Do tác dụng hóa học, cực pin điện hóa tích điện khác chúng có hiệu điện giá trị suất điện động pin Acquy nguồn điện hóa học hoạt động dựa phản ứng hòa học thuận nghịch, tích trữ lượng lúc nạp điện giải phóng lượng phát điện Đối với dây dẫn có điện trở R, ta có định luật Ơm : I cường độ dòng điện chạy qua dây U R , với U hiệu điện hai đầu dây, I Trang HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÍ 11 II Hướng dẫn giải tập: q - Ở chủ đề này, câu hỏi tập chủ yếu về: Đặc điểm dòng điện khơng đổi cơng thức I = t , định nghĩa suất điện động công thức A q , cấu tạo chung nguồn điện hóa học - Cần lưu ý vấn đề sau: q + Đơn vị đại lượng: Trong công thức I = t đơn vị I Ampe (A) q Culông (C), t giây (s) đề cho thời gian phút, giờ, … phải đổi giây + Cần ý khác biệt lực làm di chuyển điện tích mạch ngồi mạch (bên nguồn điện) + Bên nguồn điện hóa học có chuyển hóa từ hóa thành điện + Dòng điện khơng đổi có chiều cường độ không thay đổi theo thời gian, chiều dịch chuyển có hướng điện tích khơng đổi điện lượng dịch chuyển qua tiết diện thẳng vật dẫn tỉ lệ thuận với thời gian III Bài tập: Dạng 1: CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN, SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PP chung: Tính cường độ dòng điện, số electron qua đoạn mạch Dùng công thức q I= t N= (q điện lượng dịch chuyển qua đoạn mạch) q e ( e = 1,6 10-19 C) Tính suất điện động điện tích lũy nguồn điện Dùng công thức A q ( suất điện động nguồn điện, đơn vị Vôn (V) ) Cường độ dòng điện chạy qua dây tóc bóng đèn I = 0,5 A a Tính điện lượng dịch chuyển qua tiết diện thẳng dây tóc 10 phút ? Trang HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÍ 11 b Tính số electron dịch chuyển qua tiết diện thẳng dây tóc khoảng thời gian ? Suất điện động nguồn điện 12 V Tính cơng lực lạ dịch chuyển lượng điện tích 0,5 C bên nguồn điện từ cực âm đến cực dương ? Tính suất điện động nguồn điện Biết dịch chuyển lượng điện tích 10 -3 C hai cực bên nguồn điện lực lạ thực cơng mJ Suất điện động acquy V Tính cơng lực lạ dịch chuyển lượng điện tích 0,16 C bên acquy từ cực âm đến cực dương ? Tính điện lượng số electron dịch chuyển qua tiết diện ngang dây dẫn phút Biết dòng điện có cường độ 0,2 A Một pin thiết bị điện cung cấp dòng điện A liên tục phải nạp lại a Nếu pin sử dụng liên tục chế độ tiết kiệm lượng phải nạp lại Tính cường độ dòng điện mà pin cung cấp? b Tính suất điện động pin thời gian sinh cơng 72 KJ Trong giây lượng điện tích dịch chuyển qua tiết diện thẳng dây dẫn 4,5 C Cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn ? Trang HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÍ 11 Chủ đề 2: ĐIỆN NĂNG, CƠNG SUẤT ĐIỆN I Kiến thức: Điện tiêu thụ đoạn mạch tích hiệu điện hai đầu đoạn mạch với cường độ dòng điện thời gian dòng điện chạy qua đoạn mạch A = U.I.t Công suất điện đoạn mạch tích hiệu điện hai đầu đoạn mạch cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch A U.I P= t Nếu đoạn mạch vật dẫn có điện trở R điện tiêu thụ đoạn mạch biến đổi hoàn tồn thành nhiệt Cơng suất tỏa nhiệt vật dẫn có dòng điện chạy qua xác định nhiệt lượng tỏa vật dẫn khoảng thời gian giây U2 R.I P= R Cơng nguồn điện tích suất điện động nguồn điện với cường độ dòng điện thời gian dòng điện chạy qua nguồn điện Cơng nguồn điện cơng dòng điện chạy tồn mạch A = I.t Công suất nguồn điện tích suất điện động nguồn điện với cường độ dòng điện chạy qua nguồn điện Cơng suất nguồn điện cơng suất dòng điện chạy toàn mạch A I P= t Định luật Jun_LenXơ: Nhiệt lượng tỏa vật dẫn tỉ lệ thuận với điện trở vật dẫn, với bình phương cường độ dòng điện với thời gian dòng điện chạy qua vật dẫn Q= R.I2.t Công suất dụng cụ tiêu thụ điện: U2 + Với dụng cụ tỏa nhiệt: P = U.I = R.I2 = R + Với máy thu điện: P = I + r.I2 = P ‘ + r.I2 (Với P ‘ = I phần công suất mà máy thu điện chuyển hóa thành dạng lượng có ích, nhiệt Ví dụ: Điện chuyển hóa thành ) Trang HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÍ 11 Đơn vị cơng (điện năng) nhiệt lượng Jun (J); đơn vị công suất oát (W) II Hướng dẫn giải tập: - Ở chủ đề này, câu hỏi tập chủ yếu về: Tính điện tiêu thụ cơng suất điện đoạn mạch Tính cơng suất tỏa nhiệt nhiệt lượng tỏa vật dẫn Tính cơng cơng suất nguồn điện - Cần lưu ý vấn đề sau: + Trong cơng thức tính cơng, tính nhiệt lượng: Để có cơng, nhiệt lượng tính có đơn vị Jun (J) cần ý đổi đơn vị thời gian giây (s) + Mạch điện có bóng đèn: U dm P Rđ = dm ( Coi điện trở không phụ thuộc vào hiệu điện đặt vào đèn, không thay đổi theo nhiệt độ.) Nếu đèn sáng bình thường Ithực = Iđm (Lúc có Uthực = Uđm; Pthực = P đm ) Nếu Ithực < Iđm đèn mờ bình thường Nếu Ithực > Iđm đèn sáng bình thường III Bài tập: Dạng 1: VẬN DỤNG ĐỊNH LUẬT JUN-LENXƠ CÔNG SUẤT ĐIỆN PP chung: Ap dụng công thức: A U.I Công cơng suất dòng điện đoạn mạch: A = U.I.t , P = t U2 t U.I.t Định luật Jun-LenXơ: Q = R.I2.t hay Q= R U2 Công suất dụng cụ tiêu thụ điện: P = U.I = R.I2 = R R1 R2 Cho mạch điện hình, U = 9V, R = 1,5 Biết hiệu Trang HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÍ 11 điện hai đầu R2 = 6v Tính nhiệt lượng tỏa R2 phút ? Đ s: 1440 J Có hai điện trở mắc hai điểm có hiệu điện 12 V Khi R1 nối tiếp R2 cơng suất mạch W Khi R mắc song song R2 cơng suất mạch 18 W Hãy xác định R R2 ? Hai bóng đèn Đ1 ghi 6v – W Đ2 ghi 6V - 4,5 W mắc vào mạch điện hình vẽ Nguồn điện có hiệu điện U khơng thay đổi a Biết ban đầu biến trở Rb vị trí cho đèn sáng Rb bình thường Tìm điện trở biến trở lúc ? Trên mạch điện, đâu Đ1, đâu Đ2 ? b Giả sử từ vị trí ban đầu ta di chuyển biến trở chạy sang phải chút độ sáng đèn thay đổi ? Cho mạch điện thắp sáng đèn hình, Nguồn có suất điện động 12 V Đ Đèn loại V – W Điều chỉnh R để đèn sáng bình thường Tính cơng nguồn điện khoảng thời gian 1h ? Tính hiệu suất mạch chứa đèn sáng bình thường ? Đ s: 21600 J, 50 % Để loại bóng đèn loại 120 V – 60 W sáng bình thường mạng điện có hiệu đện 220V, người ta mắc nối tiếp với điện trở phụ R Tính R ? Đ s: 200 Cho mạch điện hình với U = 9V, R = 1,5 , R2 = Biết cường độ dòng điện qua R3 A R3 R1 a Tìm R3 ? b Tính nhiệt lượng tỏa R2 phút ? R2 c Tính cơng suất đoạn mạch chứa R ? Một quạt điện sử dụng hiệu điện 220 Vthi2 dòng điện chạy qua quạt có cường độ A a Tính nhiệt lượng mà quạt tỏa 30 phút theo đơn vị Jun ? Trang HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÍ 11 b Tính tiền điện phải trả cho việc sử dụng quạt 30 ngày, ngày sử dụng 30 phút, biết giá điện 600 đồng / Kwh (Biết wh = 3600 J, Kwh = 3600 KJ) Một ấm điện có hai dây dẫn R R2 để đun nước Nếu dùng dây R nước ấm sôi sau khoảng thời gian 40 phút Còn dùng dây R nước sơi sau 60 phút Vậy dùng hai dây mắc song song ấm nước sơi sau khoảng thời gian ? (Coi điện trở dây thay đổi không đáng kể theo nhiệt độ.) Ba điện trở giống mắc hình, công suất tiêu thụ điện trở (1) W cơng suất tồn mạch ? 10 Ba điện trở có trị số R, R, R mắc hình vẽ Nếu cơng suất điện trở (1) W cơng suất điện trở (3) ? Trang HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÍ 11 Trang HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÍ 11 Chủ đề 3: ĐỊNH LUẬT ÔM ĐỐI VỚI TOÀN MẠCH ĐỊNH LUẬT ÔM ĐỐI VỚI ĐOẠN MẠCH CHỨA NGUỒN ĐIỆN I Kiến thức: Định luật ơm tồn mạch: Cường độ dòng điện chạy mạch điện kín tỉ lệ thuận với suất điện động nguồn điện tỉ lệ nghịch với điện trở tồn phần mạch I RN r + - (, r) = I.RN +I.r I Với I.RN = UN : độ giãm mạch I.r: độ giãm mạch UN = - r.I + Nếu điện trở r = 0, hay mạch hở (I = 0) U N = + Nếu R = I r , lúc nguồn gọi bị đoản mạch Định luật ơm tồn mạch hồn tồn phù hợp với định luật bảo tồn chuyển hóa lượng Theo định luật bảo tồn chuyển hóa lượng ta có: Cơng nguồn điện sinh mạch kín tổng cơng dòng điện sản mạch mạch A = I.t = (RN + r).I2.t Hiện tượng đoản mạch xảy nối cực nguồn điện dây dẫn có điện trở nhỏ Khi đoản mạch, dòng điện chạy qua mạch có cường độ lớn gây nhiều tác hại Định luật ôm đoan mạch: U I= R Đoạn mạch chứa nguồn điện: , r Thì UAB = + I(R+ r) Hay UBA = - - I (R +r) Đoạn mạch chứa nhiều nguồn điện, nhiều điện trở: 1, r1 2, r2 Thì UAB = 1 - 2 + I (R1+ R2+ r1 +r2) Hay: UBA = 2 - 1 – I (R1+ R2+ r1 +r2) Trang HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÍ 11 H Hiệu suất nguồn điện: Aco ich U N I t U N I t A nguon (%) Mắc nguồn điện: Mắc n nguồn điện nối tiếp b = 1 + 2 + + n rb = r1 + r2 + + rn Mắc m nguồn điện giống (0 , r0) song song r0 b = 0 , rb = m Mắc N nguồn điện giống (0 , r0) thành m dãy, dãy có n nguồn điện n.r0 b = n.0 , rb = m Mắc xung đối Giả sử cho 1 > 2 1, r1 2, r2 b = 1 - 2 , rb = r1 + r2 II Hướng dẫn giải tập: Ở chủ đề có dạng tập sau đây: - Tính cường độ dịng điện qua mạch kín + Tính điện trở mạch ngồi + Tính điện trở tồn mạch: Rtm = RN + r I + Áp dụng định luật Ôm: RN r Trong trường hợp mạch có nhiều nguồn cần xc định xem nguồn mắc với nào: Tính b, rb thay vào biểu thức định luật Ôm ta tìm I I RN r Bài tốn ngược lại: Tìm điện trở tìm suất điện động nguồn Khi tốn cho cường độ, hiệu điện mạch cho đèn sáng bình thường, … - Dạng tốn tính cơng suất cực đại mà nguồn điện cung cấp cho mạch ngồi Ta cần tìm biểu thức P theo R, khảo st biểu thức ny ta tìm R để P max giá trị P max Trang 10 HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÍ 11 2 2 R r ( R r) ( R ) R P R Xét r R đạt giá trị cực tiểu R = r 2 Khi Pmax = 4.r - Dạng tốn ghép n nguồn giống nhau: Tính suất điện động, điện trở nguồn Khảo sát cực đại, cực tiểu: Suất điện động nguồn cực đại nguồn nối tiếp nhau, điện trở nguồn cực tiểu nguốn ghép song song - Mạch chứa tụ điện: khơng có dòng điện qua nhánh chứa tụ; bỏ qua nhánh có tụ, giải mạch điện để tìm cường độ dòng điện qua nhánh; hiệu điện hai tụ hai tụ hiệu điện điểm mạch điện nối với hai tụ hai đầu tụ III Bài tập: Dạng 1: ĐỊNH LUẬT ƠM ĐỐI VỚI TỒN MẠCH ,r PP chung: Định luật ơm tồn mạch: I R r Hệ quả: - Hiệu điện mạch (cũng hiệu điện hai cực dương âm nguồn điện):U = - I.r - Nếu điện trở r = hay mạch hở (I = 0) U = - Nếu điện trở mạch ngồi R = I = r , lúc đoạn mạch bị đoản mạch (Rất nguy hiểm, I tăng lên nhanh đột ngột mang giá trị lớn.) Tính hiệu điện hai cực nguồn có suất điện động , biết điện trở ? Nếu mắc điện trở 16 với pin cường độ dịng điện mạch A Nếu mắc điện trở vo pin cường độ 1,8 A Tính suất điện động điện trở pin Một nguồn điện có suất điện động V, điện trở r = , mạch có điện trở R a Tính R để cơng suất tiêu thụ mạch W b Với giá trị R để cơng suất mạch ngồi có giá trị cực đại? Tính giá trị đó? Trang 11 HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÍ 11 Đ s: (1 ); , 4,5 W Mắc bóng đèn nhỏ với pin có suất điện động 4,5 v vơnkế cho biết hiệu điện hai đầu bóng đèn V ampe kế 0,25 A Tính điện trở pin Mắc dây có điện trở với pin cĩ suất điện động 1,1 V cĩ dịng điện 0,5 A chạy qua dây Tính cường độ dịng điện đoản mạch ? Dùng nguồn điện để thắp sáng bóng đèn cĩ điện trở R = v R2 = , cơng suất tiêu thụ hai bóng đèn Tìm điện trở nguồn điện ? 7* Vôn kế V mắc vào hai cực nguồn điện Mắc thêm vào hai cực đèn A vơn kế V Hy tìm số Vơn kế mắc thm đèn B giống đèn A: a Nối tiếp với đèn A b Song song với đèn A Điện trở bóng đèn (1) (2) v 12 Khi mắc vào nguồn điện cơng suất tiu thụ chng Tính: a Điện trở nguồn điện b Hiệu suất đèn Cho mạch điện có sơ đồ hình vẽ, biết = 12 V, r = 1,1 , R1 = 0,1 a Muốn cho cơng suất mạch ngồi lớn nhất, R phải cĩ gi trị bao + r nhiu ? a phải chọn R để công suất tiêu thụ R lớn nhất? tính cơng suất lớn ? 10 Cho mạch điện hình 1 = V, r1= r2 = Đèn có ghi 12 V – W 1, r1 Xác định giá trị 2 biết đèn sáng bình thường Đ s: 2 = V 2, r2 Đ 11 Cho = 12 V, r = , R l biến trở a Điều chỉnh cho R = Tìm cơng nguồn nhiệt lượng tỏa R , r pht ? b Điều chỉnh R cho điện tiêu thụ đoạn mạch chứa R pht 3240 J, tính R ? b Với gi trị no R cơng suất tiu thụ trn R đạt giá trị cực đại ? Trang 12 HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÍ 11 Tính giá trị cực đại ? 12 Cho mạch điện hình vẽ, 1 = 10 V, 2 = V, r1 = r2 = R biến trở 1 , r1 a Điều chỉnh R = 10 , tìm hiệu điện hai cực nguồn 2 Tính nhiệt lượng tỏa R phút ? b Điều chỉnh R cho hiệu điện hai cực nguồn 1 không 2, r2 R Tính R ? c Với giá trị R cơng suất tiêu thụ R đạt giá trị cực đại? Tính giá trị cực đại này? 13 Mạch điện hình vẽ 1 = V, 2 = V, r1 = r2 = a Tính cường độ dòng điện hiệu điện cực nguồn k mở b.* Tính I qua K K đóng ? 14 Cho mạch điện hình vẽ.R = R3 = R4 = 30 R1= 35 , r = Rv lớn, V 13,5 V a Tính suất điện động nguồn? b Đổi chổ nguồn Vơn kế, tìm số V ? 15 Cho mạch điện hình 2 = V, r1 = Đèn ghi 12 V- W Xác định giá trị 1 r2 biết đèn sáng thường Hiệu điện hai cực nguồn V Đ Dạng 2: ĐỊNH LUẬT ÔM ĐỐI VỚI ĐOẠN MẠCH (THUẦN R HOẶC CHỨA NGUỒN) Trang 13 HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÍ 11 PP chung: Định luật ôm đoạn mạch: I U R Trường hợp điện trở, mạch có dụng cụ đo(Vơn kế Ampe kế ) vào kiện cho đề để biết có phải dụng cụ đo lý tưởng (nghĩa Vơn kế có R v = , Ampe kế có RA = 0) hay khơng Đoạn mạch chứa nguồn: (máy thu điện) r Thì UAB = + I(R+ r) Hay UBA = - - I (R +r) Đoạn mạch chứa nguồn điện (máy phát) r Thì UAB = - + I (R + r) Hoặc UBA = - I (R + r) Cho mạch điện hình vẽ, Rb biến trở Hiệu điện U hai đầu mạch điện có giá trị khơng đổi Biết Ampe kế có điện trở khơng đáng kể, vơn kế có điện trở lớn Điều chỉnh biến trở cho: - Khi ampe kế 0,4 A vơn kế 24 V - Khi ampe kế 0,1 A vơn kế 36 V Tính hiệu điện U điện trở R ? Cho mạch điện hình vẽ:R1 = , R2 = , R3 = Điện trở ampe kế không đáng kể U AB = 18 V a Cho R4 = 7,2 ampe kế giá trị bao nhiêu? b Điều chỉnh R4 để ampe kế số Tính giá trị R ? Cho mạch điện hình vẽ:R = , R2 = , R3 = Điện trở ampe kế không đáng kể U AB = 18 V a Cho R4 = 7,2 ampe kế giá trị bao nhiêu? Trang 14 HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÍ 11 b Điều chỉnh R4 để ampe kế số Tính giá trị R ? Cho mạch điện hình vẽ, biết UAB = 48 V R1= , R2 = , R3 = , R4 = 16 a Tính hiệu điện hai điểm M N ? b Muốn đo UMN phải mắc cực dương vơnkế vào điểm nào? Xác định cường độ dòng điện qua ampe kế theo mạch hình vẽ Biết RA ≈ 0; R1 = R3 = 30 ; R2 = ; R4 = 15 U = 90 V * CHÚ Ý: Trong trường hợp rõ chiều dòng điện mạch điện ta tự chọn chiều dòng điện theo dòng điện mà phân biệt nguồn điện máy phát (dòng điện từ cực dương vào cực âm), đâu máy thu (dòng điện vào cực dương từ cược âm) Nếu ta tìm I > 0: chiều dòng điện ta chọn chiều thực dòng điện mạch Nếu ta tìm I < 0: chiều dòng điện thực mạch ngược với chiều ta chọn ban đầu Cho mạch điện hình vẽ Biết 1 =12 V, r1 = ; 1 r1 2 r2 2 =6 V, r2 = ; 3 = V, r3 = ; R1 = , R2 = , R3 = 3 r3 Tính hiệu điện hai điểm A B ? Cho mạch điện hình : 1 = 1,9 V; 2 = 1,7 V; 3 = 1,6 V; r1 = 0,3 ; r2 = r3 = 0,1 Ampe kế A số 2 Tính điện trở R cường độ dòng điện qua mạch nhánh 3 Trang 15 HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÍ 11 8.Cho mạch điện hình: cho biết 1 = 2 ; R1 = , R2 = ; r2 = 0,4 Hiệu điện hai cực nguồn 1 khơng Tính r1 ? Cho mạch điện hình vẽ: = 3v, r = 0,5 R1 = , R2 = , R4 = , R5 = 100 , RA = Ban đầu k mở ampe kế I = 1,2 A a Tính UAB cường độ dòng điện qua điện trở b Tìm R3, UMN, UMC c Tìm cường độ mạch nhánh K đóng ? r1 10 Cho mạch điện hình vẽ: 1 = 20V, 2 = 32 V, r1 = , r2 = 0,5 , R = r2 Xác định chiều cường độ dòng điện qua nhánh ? Trang 16 ... nguồn điện Cơng nguồn điện cơng dòng điện chạy tồn mạch A = I.t Công suất nguồn điện tích suất điện động nguồn điện với cường độ dòng điện chạy qua nguồn điện Cơng suất nguồn điện cơng suất dòng. .. trường hợp rõ chiều dòng điện mạch điện ta tự chọn chiều dòng điện theo dòng điện mà phân biệt nguồn điện máy phát (dòng điện từ cực dương vào cực âm), đâu máy thu (dòng điện vào cực dương từ... HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÍ 11 Chủ đề 2: ĐIỆN NĂNG, CƠNG SUẤT ĐIỆN I Kiến thức: Điện tiêu thụ đoạn mạch tích hiệu điện hai đầu đoạn mạch với cường độ dòng điện thời gian dòng điện chạy qua đoạn mạch