Bài 12: Điện năng và công suất điện. Định luật Jun-len-xơ - Giải BT Vật Lí 11 nâng cao

Bài 12: Điện năng và công suất điện. Định luật Jun-len-xơ

Câu c1 (trang 58 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Nêu nguyên tắc của thí nghiệm kiểm chứng định luật Jun – len - xơ.

Hướng dẫn giải:

Nguyên tắc của thí nghiệm kiểm chứng định luật Jun-len-xơ là dựa trên tác dụng nhiệt của dòng điện. Khi có một dòng điện chạy qua một vật dẫn sẽ làm nóng vật dẫn lên. Nhiệt lượng tỏa ra trên một vật dẫn tỉ lệ thuận với điện trở của vật, với bình phương cường độ dòng điện và thời gian dòng điện chạy qua vật.

Câu c2 (trang 60 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy kể tên một số thiết bị trên Hình 12.2 và cho biết chúng có tác dụng gì?

Hướng dẫn giải:

Các thiết bị điện trên hình 12.2 là: (Từ trái sang phải) bàn điện, bàn ủi, máy sấy tóc có tác dụng tỏa nhiệt

Câu c3 (trang 61 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy tìm công thức giữa hiệu điện thế U đặt vào máy thu điện và suất phản điện ℰ_p của máy từ đó tìm điều kiện về U để máy thu điện hoạt động bình thường.

Hướng dẫn giải:

Điện năng A mà dòng điện cung cấp cho máy thu gồm hai phần

Phần điện năng chuyển hóa thành dạng năng lượng khác A’ không phải nhiệt năng

Phần điện năng chuyển hóa thành nhiệt năng Q.

A = A' + Q

Trong đó: A = U. I. t

A'= ℰ_p.q = ℰ_p.I. t; Q = r. I².t

ℰ_p = suất phản điện của máy thu; r_p = điện trở trong của máy thu

⇒ U. I. t = ℰ_p.I. t + r_p.I².t

Vậy công thức giữa hiệu điện thế U đặt vào máy thu điện và suất phản điện ℰ_p của máy: U = ℰ_p + r_p.I

Điều kiện của U để máy thu hoạt động bình thường là: U > ℰ_p

Câu c4 (trang 61 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy chứng minh công thức 12.15

Hướng dẫn giải:

Công có ích của máy thu điện: A' = A - Q

Hiệu suất của máy thu điện:

Với Q = r_p.I².t và A = U. I. t

Câu 1 (trang 62 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Công của dòng điện là gì?

Hướng dẫn giải:

Công của dòng điện chạy qua một đoạn mạch là công của lực điện làm di chuyển các điện tích tự do trong đoạn mạch và bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch với cường độ dòng điện và thời gian dòng điện chạy qua đoạn mạch đó.

A=qU=UIt

Câu 2 (trang 62 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy phát biểu định luật Jun – lenxo

Hướng dẫn giải:

Nhiệt lượng tỏa ra trên một vật dẫn tỉ lệ thuận với điện trở của vật, với bình phương cường độ dòng điện và thời gian dòng điện chạy qua vật

Q=RI² t

Câu 3 (trang 62 sgk Vật Lý 11 nâng cao):Suất phản điện của máy thu là gì?

Hướng dẫn giải:

Suất phản điện của máy thu điện được xác định bằng điện năng mà dụng cụ chuyển hóa thành dạng năng lượng khác, không phải nhiệt, khi có một đơn vị điện tích dương chuyển qua máy: ℰ_p = A'/q

Câu 4 (trang 62 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Cùng một dòng điện chạy qua dây dẫn và dây tóc một bóng đèn. Tại sao dây tóc thì nóng đến sáng trắng mà dây dẫn lại hầu như không nóng nên?

Hướng dẫn giải:

- Dây tóc bóng đèn có điện trở lớn, nên điện năng được chuyển hóa thành nhiệt năng, nhiệt lượng tỏa ra lớn vì vậy dây tóc sẽ nóng sáng trắng

- Dây dẫn điện có điện trở nhỏ nên tác dụng nhiệt của dòng điện chạy qua dây là không đáng kể.

Bài 1 (trang 62 sgk Vật Lý 11 nâng cao):Chọn phương án đúng

Theo định luật Jun – len - xơ, nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn

A. Tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện qua dây dẫn

B. Tỉ lệ với bình phương cường độ dòng điện

C. Tỉ lệ nghịch với bình phương cường độ dòng điện

D. Tỉ lệ bình phương điện trở của dây dẫn

Hướng dẫn giải:

Theo định luật Jun – len - xơ, nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn được tính bởi công thức: Q = R. I².t ⇒ Q tỉ lệ với I²

Đáp án đúng là: B

Bài 2 (trang 63 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Tập hợp các đơn vị đo lường nào dưới đây không tương đương với đơn vị công suất trong hệ SI?

A. J/s

B. A. V

C. A².Ω

D. Ω²/V

Hướng dẫn giải:

Công suất của mạch điện có thể tính bởi công thức:

P = A/t → 1W = 1J/s

P = U. I → 1W = 1V. A

P = I².R → 1W = 1A².Ω

P = U²/R → 1W = 1V²/Ω.

⇒ Đơn vị đo lường không tương ứng với đơn vị công suất trong hệ SI là Ω²/V

Đáp án đúng là: D

Bài 3 (trang 63 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hai bóng đèn có công suất định mức lần lượt là 25W và 100W đều làm việc bình thường ở hiệu điện thế 110V. Hỏi:

a) Cường độ dòng điện qua bóng đèn nào lớn hơn?

b) Điện trở của bóng đèn nào lớn hơn?

c) Có thể mắc nối tiếp hai bóng đèn này vào mạng điện có hiệu điện thế 220V được không? Đèn nào sẽ dễ hỏng (cháy)?

Hướng dẫn giải:

a) Công suất định mức của bóng đèn được tính bởi công thức: P = U. I

Cường độ dòng điện qua các bóng đèn lần lượt là:

⇒ I₁ < I₂ nên cường độ dòng điện qua các bóng đèn (2) lớn hơn qua bóng đèn (1).

b) Điện trở của bóng đèn được tính bởi công thức: R=U/I

Điện trở của các bóng đèn lần lượt là:

⇒ điện trở của bóng đèn (1) lớn hơn của bóng đèn (2)

c) Nếu mắc nối tiếp hai bóng đèn này vào mạng điện có hiệu điện thế 220V thì cường độ dòng điện qua mạch là:

Ta thấy: I₁ < I < I₂ nên đèn (1) sẽ dễ hỏng (cháy). Do vậy không thế mắc nối tiếp hai bóng đèn này vào mạng điện có hiệu điện thế 220 V.

Bài 4 (trang 63 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hai bóng đèn có các hiệu điện thế định mức lần lượt là U₁ = 110V và U₂ = 220V. Tìm tỉ số các điện trở của chúng nếu công suất định mức của hai bóng đèn đó bằng nhau.

Hướng dẫn giải:

Đáp số: R₂ = 4R₁

Bài 5 (trang 63 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Để bóng đèn loại 120V- 60W sáng bình thường ở mạng điện có hiệu điện thế là 220V người ta mắc nối tiếp với nó một điện trở phụ R. Tìm điện trở phụ đó.

Hướng dẫn giải:

Cường độ dòng điện định mức qua đèn:

Điện trở của đèn:

Khi hiệu điện thế là 220 V, đèn mắc nối tiếp R. Nên để đèn sáng bình thường thì I = I_đm

Điện trở tương đương của mạch khi này là:

→ Điện trở phụ R là: R = R_TĐ - R_TĐ = 440-240=200 Ω

Đáp số: R = 200 Ω

Bài trước: Bài 11: Pin và acquy - Giải BT Vật Lí 11 nâng cao Bài tiếp: Bài 13: Định luật Ôm đối với toàn mạch - Giải BT Vật Lí 11 nâng cao