Giải sách bài tập Vật lí 11 cánh diều bài 1: Cường độ dòng điện

4.1. Số electron dẫn trong 1 m$^{3}$ ở dẫn điện kim loại vào cỡ

A. $10^{10}$

B. $10^{16}$

C. $10^{22}$

D. $10^{28}$

Hướng dẫn trả lời:

Đáp án đúng: D

4.2. 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.

Hướng dẫn trả lời:

Đáp án đúng: A

4.3. 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, I4, I2.

D. I4, I2, I3, I1.

Hướng dẫn trả lời:

Đáp án đúng: B

4.4. 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.

Hướng dẫn trả lời:

Đáp án đúng: B

4.5. Tính cường độ dòng điện qua dây dẫn điện nếu 2,85.$10^{20}$ electron đi qua tiết diện thẳng của dây dẫn điện trong 1,0 phút.

Hướng dẫn trả lời:

Cường độ điện trường là: $I=\frac{q}{t}=\frac{2,85.10^{20}}{60}=0,76 A$

4.6. 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 =−1,6.$10^{-19}$ C.

Hướng dẫn trả lời:

Lượng electron di chuyển qua bóng đèn là:

$n=\frac{I.t}{e}=\frac{0,60.8.60}{1,6.10^{-19}}=1,8.10^{21}$ electron

4.7. 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.

Hướng dẫn trả lời:

Cường độ dòng điện là: $I=Snve=7,5.10^{-7}.10^{29}.5,00.10^{-4}.1,6.10^{-19}=6A$

4.8. 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?

Hướng dẫn trả lời:

a) Lượng electron chạy qua tiết diện thẳng là: 

$n=\frac{It}{e}=\frac{80,0.10^{-3}.10.60}{1,6.10^{-19}}=3.10^{20}$ electron

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

4.9. Trong mô hình nguyên tử hyđro của Bohr, một electron ở mức năng lượng thấp nhất chuyển động với tốc độ bằng 2,19.$10^{6}$ 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.

Hướng dẫn trả lời:

Chu kì của electron trên quỹ đạo là $T2\pi r/v$ và dòng điện tương ứng với chuyển động của electron này là

$I=\frac{\Delta q}{\Delta t}=\frac{|e|}{T}=\frac{v|e|}{2\pi r}=\frac{2,19.10^{6}.1,60^{-19}}{2\pi(5,29.10^{-11})}$

$I=1,05.10^{-3}C/s=1,05 mA$

4.10. Tính cường độ dòng điện khi một điện tích 240 C chạy qua một tiết diện thẳng của dây dẫn trong thời gian 2 phút.

Hướng dẫn trả lời:

Cường độ dòng điện là: $I=\frac{q}{t}=\frac{240}{2.60}=2 A$

4.11. Trong một thí nghiệm mạ bạc, cần có điện tích 9,65.$10^{4}$ 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.

Hướng dẫn trả lời:

Thời gian để khối bạc lắng đọng là:

$t=\frac{q}{I}=\frac{9,65.10^{4}}{0,20}=4,8.10^{5} s$

4.12. 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.

Hướng dẫn trả lời:

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

$q=It=200.10^{-3}.5.60=60 C$

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

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

4.13. Một dây đồng có 8,5.$10^{28}$ 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 2,0A. Tính tốc độ chuyển động có hướng của các electron.

Hướng dẫn trả lời:

Tốc độ chuyển động có hướng của các electron là: 

$v=\frac{I}{Sne}=\frac{2,0}{1,2.10^{-6}.8,5.10^{28}.1,6.10^{-19}}=1,2.10^{-4} m/s$

4.14. Tốc độ dịch chuyển có hướng của các electron 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.

Hướng dẫn trả lời:

Số electron dẫn trên một đơn vị thể tích dây dẫn là:

$n=\frac{I}{Sve}=\frac{0,80}{6,5.10^{-4}.(0,25.10^{-3})^{2}.\pi .1,6.10^{-19}}=3,9.10^{28} electron/m^{3}$

4.15. 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/cm3; khối lượng mol nguyên tử đồng là 63,5 g/mol; số Avogadro là 6,02.$10^{23}$ nguyên tử/mol.

Tìm tốc độ dịch chuyển có hướng của các electron trong dây đồng này.

Hướng dẫn trả lời:

Thể tích của một mol đồng:

$V=\frac{63,5}{8,92}=7,12 cm^{3}/mol = 7,12.10^{-6} m^{3}/mol$

Mật độ electron dẫn điện là:

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

Tốc độ dịch chuyển có hướng là:

$v=\frac{I}{Sne}=\frac{10,0}{8,46.10^{28}.1,6.10^{-19}.3,00.10^{-6}}=2,46.10^{-4} m/s$