Bài 14: Bài tập về công suất điện và điện năng sử dụng - Vở BT Vật lí lớp 9

Bài 14: Bài tập về công suất điện và điện năng sử dụng

A – ÔN TẬP

Bài 1:

a. Bóng đèn có điện trở là

Bóng đèn có công suất là: P = U. I = 220V. 0,341A ≈ 75W

b. Trong 30 ngày, bóng đèn tiêu thụ lượng điện năng là:

A = P. t = 75W. 4.30.3600s = 32408640J

A = 32408640: 3,6.106 ≈ 9kW. h = 9 “số”

hoặc A = P. t = 0,075.4.30kW. h ≈ 9kW. h = 9 “số”

Số đếm của công tơ điện tương ứng là 9 số

Bài 2:

a. Ampe kế có chỉ số là:

b. Điện trở của biến trở:

Biến trở có công suất tiêu thụ điện năng là: P_b = U_b.I_b = 3V. 0,75A = 2,25W

c. Trong 10 phút, công của dòng điện sản ra ở biến trở là:

A_b = P_b.t = 2,25.10.60 J = 1350 J

Công của dòng điện sản ra ở toàn mạch là:

A = U. I. t = 0,75.9.10.60 J = 4050 J

Bài 3:

a) Vẽ sơ đồ mạch điện như hình 14.1

Bóng đèn có điện trở là:

Bàn là có điện trở là:

Điện trở tương đương của đoạn mạch là:

b. Trong 1 giờ, điện năng mà đoạn mạch này tiêu thụ là:

A = P. t = (P_Đ + P_BL). t = (100 + 1000). 3600 = 3960000J

= 3960000/3600000 = 1,1 kWh.

B – LÀM BÀI TẬP

I – Bài tập trong sách bài tập

Câu 14.1 trang 43 Vở BT Vật Lí 9: Đáp án D: Năng lượng nguyên tử

Câu 14.2 trang 43 Vở BT Vật Lí 9: Đáp án C: Lượng điện năng sử dụng trong một đơn vị thời gian

Câu 14.3 trang 43 Vở BT Vật Lí 9:

a. Trong 30 ngày, lượng điện năng sử dụng khi thắp sáng bình thường bóng đèn này mỗi ngày 4 giờ là: A = 0,1.4.30 = 12kW. h = 4,32.10⁷J

b. Công suất của đoạn mạch nối tiếp là:

Công suất của mỗi bóng đèn: P_đ1 = P_đ2 = P_m/2 = 25 W

c. Điện trở của bóng đèn thứ hai:

+ Cường độ dòng điện chạy qua hai bóng đèn:

+ Công suất của đoạn mạch là: P_đm = I². (R₁ + R₂) = 0,195². (484 + 645,3) = 42,9 W

+ Công suất của bóng đèn thứ nhất là: P₁ = I².R₁ = 0,195².484 = 18,4 W

+ Công suất của bóng đèn thứ hai là: P₂ = I².R₂ = 0,195².645,3 = 24,5 W

Câu 14.4 trang 44 Vở BT Vật Lí 9:

a. So sánh điện trở của hai đèn:

- Bóng đèn thứ nhất có điện trở là: R₁ = U_đm1²/P_đm1 = 220²/100 = 484 Ω

- Bóng đèn thứ hai có điện trở là: R₂ = U_đm2²/P_đm2 = 220²/40 = 1210 Ω

Ta có tỉ lệ: R₂/R₁ = 1210/484 = 2,5 Suy ra R₂ = 2,5R₁

Vậy đèn 2 có điện trở lớn hơn đèn 1 là 2,5 lần

b. Khi hai đèn này được mắc nối tiếp vào hiệu điện thế 220V thì đèn loại 40 W sẽ sáng hơn vì đèn loại 40 W có điện trở R2 lớn hơn nên có công suất P₂ = I².R₂ lớn hơn (P₂ = 20,4 W; P₁ = 8,2 W).

+ Trong 1 giờ, điện năng mạch điện tiêu thụ là:

A = U. I. t = 220.0,13.3600 = 102960 J = 0,0286 kW. h

c. Khi hai đèn được mắc song song vào hiệu điện thế 220 V thì đèn 1 sáng hơn vì đèn 1 có công suất định mức lớn hơn.

+ Trong 1 giờ, lượng điện năng mà mạch điện tiêu thụ:

A = (P₁ + P₂). t = (100 + 40).3600 = 504000 J = 0,14 kWh

Câu 14.5 trang 44 Vở BT Vật Lí 9:

a. Khi hoạt động bình thường, điện trở của bàn là là:

+ Khi hoạt động bình thường, điện trở của bóng đèn dây tóc là:

b. Không thể mắc nối tiếp đèn và bàn là vào hiệu điện thế 220V, vì:

Điện trở tương đương của mạch là: R₁₂ = R₁ + R₂ = 22 + 302,5 = 324,5 Ω

=> Cường độ dòng điện chạy qua chúng là:

=> Hiệu điện thế đặt vào bàn là là: U₁ = I. R₁ = 0,678.22 = 14,9V

Hiệu điện thế đặt vào đèn là: U₂ = I. R₂ = 0,678.302,5 = 205,2V

Vì U₂ > U_đm2 nên đèn sẽ hỏng. Vậy hai đèn này không thể mắc nối tiếp vào hiệu điện thế 220V.

c. Hiệu điện thế lớn nhất có thể mắc nối tiếp bàn là và đèn:

Cường độ định mức của đèn và bàn là tương ứng là:

I_đm1 = P_đm1/U_đm1 = 550/110 = 5A

I_đm2 = P_đm2/U_đm2 = 40/110 = (4/11) A = 0,364A

Khi mắc nối tiếp đèn và bàn là với nhau thì chúng có cùng cường độ dòng điện chạy qua là I_max = I_đm2 = 0,364 A. Nếu cường độ dòng điện lớn hơn thì chúng sẽ hỏng.

=> Hiệu điện thế lớn nhất để có thể mắc nối tiếp hai bóng đền này vào với nhau là:

U_max = I_max. (R₁ + R₂) = 118 V

Khi đó công suất của bàn là là: P₁ = R₁.I² = 22.0,364² = 2,91 W

Công suất của đèn là: P₂ = R₂.I² = 302,5.0,364² = 40 W

Câu 14.6 trang 45 Vở BT Vật Lí 9:

a. Mắc quạt vào hiệu điện thế định mức U = 12V thì quạt chạy bình thường.

Điện trở của quạt là R = U²/P = 12²/15 = 9,6 Ω.

Khi đó cường độ dòng điện chạy qua quạt là: I = U/R = 12/9,6 = 1,25 A

b. Trong 1 giờ thì điện năng quạt tiêu thụ là:

A = P_đm.t = 15.3600 = 54000J = 0,015kW. h

c. Khi quạt chạy, điện năng được biến đổi thành cơ năng và nhiệt năng.

Điện trở của quạt là:

II - Bài tập nâng cao

Câu 14a trang 45 Vở BT Vật Lí 9:

Một bóng đèn 60W-110V và một bàn là 550W - 110V được mắc nối tiếp vào mạch điện có hiệu điện thế 220V.

a. Tìm điện trở của bóng đèn và bàn là khi chúng hoạt động bình thường?

b. Tính cường độ dòng điện qua mạch. Coi điện trở của bóng đèn và bàn là là không đổi.

c) Khi đó công suất thực tế của bóng đèn và bàn là là bao nhiêu?

Tóm tắt đề bài:

Bóng đèn: 60W - 110V

Bàn là: 550W - 110V

U = 220V

a. R_bl , R_đèn

b. I =?

c. P_đèn, P_bl =?

Đáp án:

a. Khi hoạt động bình thường, điện trở của dây tóc bóng đèn Đ và bàn là là:

b. Điện trở tương đương của mạch có đèn và bàn là mắc nối tiếp là:

=> Cường độ dòng điện qua mạch là:

c. Khi đó công suất thực tế của bàn là và bóng đèn là:

P_đèn = I².R₁ = 21,3 W

P_bl = I². R₂ = 216,4 W

Câu 14b trang 45 Vở BT Vật Lí 9:

Hai bóng đèn có công suất định mức là 40W và 60W, hiệu điện thế định mức của chúng là như nhau và mắc nối tiếp vào mạch điện có hiệu điện thế bằng hiệu điện thế định mức. Khi đó công suất của các bóng đèn là bao nhiêu?

Tóm tắt đề bài:

P_đm1 = 40 W; P_đm2 = 60W; U = U_đm1 = U_đm2; P₁ =? P₂ =?

Đáp án:

Dây tóc bóng đèn có điện trở là:

Bóng đèn Đ₁ nối tiếp với đèn Đ₂ thì điện trở tương đương của mạch là:

Cường độ dòng điện đi qua mạch khi đó là:

Do 2 đèn mắc nối tiếp nên I₁ = I₂ = I

Khi đó các bóng đèn có công suất lần lượt là:

Bài 15: Thực hành: Xác định công suất của các dụng cụ điện

1. Trả lời câu hỏi

a. Hệ thức nào là liên hệ giữa công suất P của một dụng cụ điện hoặc một đoạn mạch liên hệ với hiệu điện thế U và cường độ dòng điện I?

Hiệu điện thế và cường độ dòng điện liên hệ với nhau bằng công thức: P = U. I

b. Dùng dụng cụ gì để đo hiệu điện thế? Dụng cụ này được mắc như thế nào vào đoạn mạch cần đo?

- Hiệu điện thế được đo bằng Vôn kế.

- Cách mắc Vôn kế trong mạch: Vôn kế được mắc song song với đoạn mạch cần đo hiệu điện thế, sao cho chốt (+) của vôn kế được mắc về phía cực (+) của nguồn điện, chốt (-) của vôn kế được mắc về phía cực (-) của nguồn điện.

c. Dùng dụng cụ gì để đo cường độ dòng điện? Dụng cụ này được mắc như thế nào vào đoạn mạch cần đo?

- Cường độ dòng điện được đo bằng Ampe kế.

- Cách mắc Ampe kế trong mạch: Ampe kế được mắc nối tiếp với đoạn mạch cần đo cường độ dòng điện chạy qua nó, sao cho chốt (+) của ampe kế được mắc về phía cực (+) của nguồn điện, chốt (-) của ampe kế được mắc về phía cực (-) của nguồn điện.

2. Xác định công suất của bóng đèn pin

Bảng 1:

a. Tính rồi điền vào bảng những giá trị công suất của bóng đèn trong mỗi lần đo.

b. Nhận xét: Khi hiệu điện thế đặt vào hai đầu bóng đèn tăng thì công suất của bóng đèn tăng. Ngược lại, khi hiệu điện thế đặt vào hai đầu bóng đèn giảm thì công suất của bóng đèn giảm.

3. Xác định công suất của quạt điện

Bảng 2:

a. Tính và điền vào bảng 2 giá trị công suất của quạt điện tương ứng trong mỗi lần đo.

b. Công suất trung bình của quạt điện có giá trị là:

Bài 18: Thực hành: Kiểm nghiệm mối quan hệ Q - I 2 trong định luật Jun-Lenxo

1. Trả lời câu hỏi

a. Nhiệt lượng toả ra ở dây dẫn khi có dòng điện chạy qua phụ thuộc vào các yếu tố là: điện trở của dây dẫn, thời gian dòng điện chạy qua và cường độ dòng điện.

Sự phụ thuộc đó được biểu thị bởi công thức: Q = I2. R. t

b. Mối liên hệ giữa Q và các đại lượng m1, m2, c1, c2, to1, to2 được biểu thị bởi hệ thức:

Q = (c1. m1 + c2. m2). (t1o - t2o)

c. Nếu toàn bộ nhiệt lượng tỏa ra bởi dây dẫn điện trở R có cường độ dòng điện I chạy qua trong thời gian t được dùng để đun nóng nước và cốc trên đây thì hệ thức biểu thị mối liên hệ giữa độ tăng nhiệt độ Δto = t2o - t1o và cường độ dòng điện I là:

Nếu bỏ qua sự hao phí nhiệt ra môi trường bên ngoài và sai số trong quá trình làm thực nghiệm thì ta có thể coi:

3. Kết luận

Nhiệt lượng tỏa ra ở dây dẫn khi có dòng điện chạy qua tỷ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện.

Công thức: Q = I2. R. t

Trong đó: I là cường độ dòng điện (A), R là điện trở dây dẫn (Q), t là thời gian dòng điện chạy qua (s), Q là nhiệt lượng tỏa ra (J)).

Bài trước: Bài 13: Điện năng - Công của dòng điện - Giải BT Vật lí lớp 9 Bài tiếp: Bài 15: Thực hành: Xác định công suất của các dụng cụ điện - Vở BT Vật lí lớp 9