Giải SBT Vật lí 11 Chân trời bài 19: Năng lượng điện. Công suất điện

A. TRẮC NGHIỆM

Câu 19.1 (B): Đặt hiệu điện thế 12 V vào hai đầu đoạn mạch. Năng lượng điện mà đoạn mạch đã tiêu thụ khi có điện lượng 150 C chuyển qua mạch bằng

A. 1 800 J.

B. 12,5 J.

C. 170 J.

D. 138 J.

Trả lời

Đáp án đúng A

A=qU=150.12=1 800 J

Câu 19.2 (B): Đặt một hiệu điện thế không đổi vào hai đầu một biến trở R. Điều chỉnh giá trị R và đo công suất toả nhiệt P trên biến trở. Chọn phát biểu đúng.

A. P tỉ lệ với R.

B. P tỉ lệ với $P_{2}$

C. P tỉ lệ nghịch với R.

D. P tỉ lệ nghịch với $P_{2}$

Trả lời

Đáp án đúng C

Câu 19.3 (H): Đặt hiệu điện thế U vào hai đầu một điện trở. Khi có điện lượng q chuyển qua điện trở thì năng lượng điện tiêu thụ A của điện trở được xác định bằng công thức A=qU. Chọn phát biểu đúng

A. Năng lượng điện tiêu thụ của điện trở không phụ thuộc vào giá trị điện trở. 

B. Năng lượng điện tiêu thụ của điện trở phụ thuộc vào giá trị điện trở.

C. Hiệu điện thế U giữa hai đầu điện trở tỉ lệ nghịch với điện lượng q chuyển qua điện trở.

D. Hiệu điện thế U giữa hai đầu điện trở tỉ lệ thuận với điện lượng q chuyển qua điện trở.

Trả lời

Đáp án đúng A

Với U cho trước và khi có điện lượng g chuyển qua thì năng lượng tiêu thụ là A=qU. Giá trị điện trở R càng lớn thì dòng điện càng nhỏ, như thế sẽ cần thời gian lâu hơn để điện lượng là q và ngược lại nhưng hoàn toàn không ảnh hưởng đến giá trị năng lượng tiêu thụ A. Tóm lại, với một hiệu điện thế cho trước xác định năng lượng tiêu thụ điện của một đoạn mạch chỉ còn phụ thuộc vào điện lượng chuyển qua mạch theo công thức A = qU

Câu 19.4 (VD): Mắc hai đầu một biến trở vào hai cực của một nguồn điện có suất điện động $\varepsilon $. Điều chỉnh biến trở và đo độ lớn hiệu điện thế giữa hai cực nguồn điện U. Chọn phát biểu đúng.

A. Ti số $\frac{U}{\varepsilon }$ càng lớn nếu giá trị biến trở càng lớn

B. Tỉ số $\frac{U}{\varepsilon }$ cảng lớn nếu giá trị biển trở càng nhỏ

C. Hiệu ($\varepsilon $ − U) không đổi khi giá trị biến trở thay đổi.

D. Tổng ($\varepsilon $ + C) không đổi khi giá trị biến trở thay đổi.

Trả lời

Đáp án đúng A

Tỉ số: $\frac{U}{\varepsilon }=\frac{R}{R+r}=\frac{1}{1+\frac{r}{R}}$

Ti số $\frac{U}{\varepsilon }$ càng lớn nếu giá trị biến trở càng lớn

Câu 19.5 (VD): Mắc hai đầu một điện trở R vào hai cực của một acquy. Sau một khoảng thời gian, tổng năng lượng mà acquy cung cấp là 10 J, trong đó nhiệt lượng toả ra trên điện trở là 8,5 J. Chọn đáp án đúng.

A. Điện trở trong của acquy bằng 0.

B. Điện trở trong của acquy lớn hơn R.

C. Điện trở trong của acquy nhỏ hơn R.

D. Hiệu suất của acquy bằng 15%.

Trả lời

Đáp án đúng C

Năng lượng acquy cung cấp bằng tổng năng lượng toả nhiệt trên điện trở R và nhiệt lượng toả ra bên trong acquy (do có điện trở trong r). 

Nhiệt lượng toả ra trong nguồn bằng: 10 –8,5=1,5J<8,5 J.

Vì cùng dòng điện nên r<R. Hiệu suất của acquy bằng $\frac{8,5}{10}$= 85%

Câu 19.6 (VD): Mắc hai đầu biến trở vào hai cực của một bình acquy. Điều chỉnh để giá trị của biến trở thay đổi từ 0 đến rất lớn. Chọn phát biểu đúng.

A. Công suất toả nhiệt trên biển trở luôn tăng.

B. Công suất toả nhiệt trên biển trở luôn giảm.

C. Công suất tỏa nhiệt trên biến trở giảm rồi tặng.

D. Công suất tỏa nhiệt trên biến trở tăng rồi giảm.

Trả lời

Đáp án đúng D

$P=RI^{2}=R(\frac{\varepsilon }{R+r})^{2}$ => Công suất tỏa nhiệt trên biến trở tăng rồi giảm

Câu 19.7 (VD): Mắc hai đầu biến trở vào hai cực của một bình acquy. Điều chỉnh biến trở và đo công suất toả nhiệt P trên biển trở thì thấy kết quả là P có cùng giá trị tương ứng với hai giá trị của biến trở là 2 $\Omega $ và 8 $\Omega $. Điện trở trong của acquy bằng

A. 2 $\Omega $.

B. 4 $\Omega $

C. 6 $\Omega $

D. 8 $\Omega $

Trả lời

Đáp án đúng B

$P=RI^{2}=R(\frac{\varepsilon }{R+r})^{2} $

Với mỗi giá trị P xác định thì (1) là một phương trình bậc 2 theo R. Theo đề bài, có hai giá trị khác nhau của biến trở $R_{1}$ và $R_{2}$ ứng với cùng một công suất P nghĩa là $R_{1}$ và $R_{2}$ là hai nghiệm của (1) thỏa mãn định lý Viet (Vi-et):

$R_{1}R_{2}=r^{2}$ => r=$\sqrt{R_{1}R_{2}}=\sqrt{2.8}=4\Omega $

B.TỰ LUẬN

Bài 19.1 (H): Đặt hai đầu điện trở R vào một hiệu điện thế U thì dòng điện chạy qua điện trở là I. Công suất tỏa nhiệt trên điện trở có thể xác định bằng công thức: P = R$I^{2}$ và P= $\frac{U^{2}}{R}$. Công thức P = R$I^{2}$ cho thấy R cảng tăng thì P càng tăng, còn công thức P= $\frac{U^{2}}{R}$ lại cho thấy R càng tăng thì P càng giảm. Như vậy,liệu rằng hai công thức này có mâu thuẫn với nhau hay không? Giải thích.

Trả lời:

Không mâu thuẫn. Công thức $P=RI^{2}$ chỉ cho kết quả P tỉ lệ thuận với R nếu duy trì dòng điện I qua nó là không đổi. Tương tự, công thức $P=\frac{U^{2}}{R}$ chỉ cho kết quả P tỉ lệ nghịch với R khi hiệu diện thế U giữa hai đầu điện trở được duy trì không đổi. Trong khi hiệu điện thế U và cường độ dòng điện I có mối liên hệ với nhau qua định luật Ohm

Bài 19.2 (H): Mắc hai đầu một điện trở R vào hai cực của một nguồn điện có suất điện động $\varepsilon $ và điện trở trong r. Gọi P là công suất tiêu thụ ở mạch ngoài và $P_{0}$, là công suất phát ra của nguồn. Hiệu suất của nguồn điện được xác định bằng tỉ số $H=\frac{P}{P_{0}}$ . Chứng minh rằng trong trường hợp mạch điện trên, có thể biểu diễn $H=\frac{R}{R+r}$

Trả lời:

Ta có: $H=\frac{P}{P_{0}}=\frac{UI}{\varepsilon I}=\frac{U}{\varepsilon }$

=> U=RI=$\frac{R\varepsilon }{R+r}$

=> $\frac{U}{\varepsilon }=\frac{R}{R+r}$

Bài 19.3 (VD): Cho mạch điện như Hình 19.1. Suất điện động $\varepsilon $ của nguồn chưa biết. Bỏ qua điện trở của các dây nổi. Tìm giá trị của $\varepsilon $ để nguồn 10 V được nạp điện.

Trả lời:

Nguồn 10 V được nạp khi $\varepsilon $ có giá trị đủ lớn để triệt tiêu dòng điện do nguồn 10 V tạo ra. Nghĩa là dòng điện chạy qua nguồn 10 V bằng 0. Khi đỏ hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở 2,5 $\Omega $ bằng 10 V. Suy ra dòng điện chạy do nguồn $\varepsilon $ phát bằng 4 A. Từ đó, định luật Ohm cho toàn mạch kin:

$4=\frac{\varepsilon }{3,5}$ =>$\varepsilon =14V$

Bài 19.4 (VD): Mắc hai đầu một biến trở R vào hai cực của một nguồn điện không đổi. Điều chỉnh giá trị biến trở R. Bỏ qua điện trở của các dây nối. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất nguồn điện vào R như Hình 19.2.

a) Xác định điện trở trong của nguồn điện.

b) Tìm giá trị R của biển trở để hiệu suất nguồn điện bằng 0,7

Trả lời:

$H=\frac{U}{\varepsilon }=\frac{R}{R+r}$=> r=1,2$\Omega $

Thay H=0,7 => R=2,8$\Omega $

Bài 19.5 (VD): Một biển trở được mắc vào hai cực của một nguồn điện không đổi có điện trở trong 2,0 $\Omega $. Khi sáng thay đổi giá trị biến trở, ta thu được đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của công suất toả nhiệt trên biến trở vào cường độ dòng điện chạy trong mạch như Hình 19.3. Bỏ qua điện trở của các dây nối. Giá trị biển trở tương ứng với điểm M trên đồ thị bằng bao nhiêu?

Trả lời:

Ta có: P=UI=$(\varepsilon -rI)I=-rI^{2}+\varepsilon I$

$\frac{I_{M}}{I_{Pmax}}=\frac{\varepsilon }{R_{M}+r}.\frac{2r}{\varepsilon }$

=$\frac{2r}{R_{M}+r}=\frac{4}{2,5}$ => $R_{M}=0,5\Omega $

Bài 19.6 (VD): Mắc hai đầu một biến trở R vào hai cực của một nguồn điện không đổi. Điều chỉnh giá trị biến trở R. Bỏ qua điện trở của các đầy nổi. Đô thị biểu diễn sự phụ thuộc của công suất toả nhiệt trên biến trở P theo R như Hình 19.4,Tính suất điện động và điện trở trong của nguồn điện. Giả sử tăng R tuyển tính theo thời gian, bắt đầu từ giá trị 0 đến rất lớn. Thời điểm t= 12,5 s kể từ lúc bắt đầu tăng, công suất P đạt giá trị cực đại. Tỉnh khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp công suất P đạt giá trị 5 W.

Trả lời:

P=$RI^{2}=R=\frac{\varepsilon ^{2}}{(R+r)^{2}}=\frac{\varepsilon ^{2}}{R+2r+\frac{r^{2}}{R}}$

Áp dụng bất đẳng thức Cauchy: $R+\frac{r^{2}}{R}\geq 2r$

Dấu “=” xảy ra ⬄ $P=P_{max}=\frac{\varepsilon ^{2}}{4r}$ => $\varepsilon$=12V

Ta có: $R_{1}R_{2}=r^{2}$=> $R_{1}=0,8\Omega $

Mà R = 0,32t => $\Delta t=\frac{20-08}{0,32}$=60 S

Bài 19.7 (VD): Xét mạch điện như Hình 19.5. Bỏ qua điện trở của các dây nổi và của ampe kế A. Biết $R_{1}$=4 $\Omega $; $R_{2}$= 2 $\Omega $; $R_{3}$=8 $\Omega $; $R_{4}$=6 $\Omega $. Ampe kế chỉ 0,4 A và hiệu suất của nguồn bằng 80%.

a) Tính suất điện động $\varepsilon $ và điện trở trong r

b) Tính nhiệt lượng toả ra trên điện trở $R_{4}$ sau 25 s.

Trả lời:

Vẽ lại mạch như hình: 

$R_{AM}=R_{AB}+R_{BM}=2,4+1,6=4\Omega $

Hiệu suất: $H=\frac{R}{R+r}$ => 0,8=$\frac{4}{4+r}$=> r=1$\Omega $

Ta có: I=$\frac{\varepsilon }{R_{AM}+r}=\frac{\varepsilon }{4+r}$

=> $U_{AB}=\frac{2,4\varepsilon }{4+r}$

=> $I_{4}=\frac{0,4\varepsilon }{4+r}$

$U_{BM}=\frac{1,6\varepsilon }{4+r}$

=> $I_{3}=\frac{0,2\varepsilon }{4+r}$

=> $I_{A}=I_{4}-I_{3}$ => $\frac{0,2\varepsilon }{4+1}$=0,4A=> $\varepsilon$=10A

b) Thay $I_{4}$ => $Q_{4}=RI^{2}t=6.0,8^{2}$.25=96J