Các dạng bài tập Vật lý 11 nâng cao

CHỦ ĐỀ 1: ĐỊNH LUẬT CU LÔNG. ĐIỆN TRƯỜNG. CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN. ĐIỆN THẾ. HIỆU ĐIỆN THẾ A) Lí thuyết cơ bản 1) Có 3 cách nhiễm điện một vật: Cọ xát, tiếp xúc, hưởng ứng 2) Định luật Cu lông: ; Lực F có phương là đường thẳng nối 2 điện tích 3) Vật dẫn điện,điện môi: Là những vật có nhiều hạt mang điện(điện tích tự do) có thể di chuyển được trong những khoảng không gian lớn hơn nhiều lần kích thước phân tử của vật Những vật có chứa rất ít điện tích tự do là điện môi 4) Định luật bảo toàn điện tích: Trong 1 hệ cô lập về điện (hệ không trao đổi điện tích với các hệ khác) thì tổng đại số các điện tích trong hệ là 1 hằng số 5) Điện trường +) Khái niệm: Một điện tích tác dụng lực điện lên các điện tích khác ở gần nó vì xung quanh điện tích này có điện trường +) Tính chất cơ bản của điện trường: Tác dụng lực điện lên điện tích khác đặt trong nó +) Cường độ điện trường: (nếu q>0 thì cùng hướng với ); đơn vị V/m +) Đường sức điện trường: Là đường được vẽ trong điện trường sao cho hướng của tiếp tưyến tại bất kỳ điểm nào trên đường cũng trùng với hướng của véc tơ CĐĐT tại điểm đó. Tính chất của đường sức: Tại mỗi điểm trong điện trường ta có thể vẽ được 1 đường sức điện đi qua và chỉ một mà thôi. Các đường sức điện không bao giờ cắt nhau. Các đường sức điện là các đường cong không kín,nó xuất phát từ các điện tích dương,tận cùng ở các điện tích âm. Nơi nào có CĐĐT lớn hơn thì các đường sức ở đó vẽ mau và ngược lại +) Điện trường đều: Có véc tơ CĐĐT tại mọi điểm đều bằng nhau Các đường sức của điện trường đều là các đường thẳng song song cách đều nhau +) Điện trường của 1 điện tích điểm: ( hướng ra xa Q nếu Q>0 và ngược lại) +) Nguyên lí chồng chất điện trường: 6) Công của lực điện trường +) Công của lực điện tác dụng vào 1 điện tích không phụ thuộc vào dạng của đường đi của điện tích mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu,điểm cuối của đường đi trong điện trường AMN = q.E. (với là độ dài đại số của hình chiếu của đường đi MN lên trục toạ độ ox với chiều dương của trục ox là chiều của đường sức) 7) Liên hệ giữa công của lực điện và hiệu thế năng của điện tích AMN = WM - WN = q VM - q.VN =q.UMN (UMN là hđt giữa điểm M và N) +) Hiệu điện thế giữa 2 điểm trong điện trường là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của điện trường khi có 1 điện tích di chuyển giữa 2 điểm đó Dùng tĩnh điện kế để đo hđt và điện thế 8) Liên hệ giữa E và U Nếu chọn chiều dương của trục ox là chiều đường sức (E>0) thì: Biểu thức số học : B) Bài tập cơ bản và nâng cao Bài 1 Một quả cầu khối lượng 10 g,được treo vào một sợi chỉ cách điện. Quả cầu mang điện tích q1= 0,1 . Đưa quả cầu thứ 2 mang điện tích q2 lại gần thì quả cầu thứ nhất lệch khỏi vị trí lúc đầu,dây treo hợp với đường thẳng đứng một góc =300. Khi đó 2 quả cầu nằm trên cùng một mặt phẳng nằm ngang và cách nhau 3 cm. Tìm độ lớn của q2 và lực căng của dây treo? g=10m/s2 HD: F=P.tan; P=T.cos; ĐS: Dộ lớn của q2=0,058 ; T=0,115 N Bài 2 Hai điện tích điểm q1=-9.10-5C và q2=4.10-5C nằm cố định tại hai điểm AB cách nhau 20 cm trong chân không. 1) Tính cường độ điện trường tai điểm M nằm trên đường trung trực của AB cách A 20 cm 2) Tìm vị trí tại đó CĐĐT bằng không . Hỏi phải đặt một điện tích q0 ở đâu để nó nằm cân bằng? ĐS: Cách q2 40 cm Bài 3 Một e di chuyển một đoạn 0,6 cm từ điểm M đến điểm N dọc theo một đường sức điện của 1 điện trường đều thì lực điện sinh công 9,6.10-18J 1) Tính công mà lực điện sinh ra khi e di chuyển tiếp 0,4 cm từ điểm N đến điểm P theo phương và chiều nói trên? 2) Tính vận tốc của e khi nó tới P. Biết vận tốc của e tại M bằng không HD: Ta dùng công thức: AMN =q.E. vì AMN>0; q0 nên <0 tức là e đi ngược chiều đường sức.Với =- 0,006 m ta tính được E suy ra ANP= q.E.= 6,4.10-18 J Dùng ĐL động năng ta tính được vP= 5,93.106m/s Bài 4 Bắn một e với vận tốc ban đầu v0 vào điện trường đều giữa hai bản kim loại phẳng song song,nằm ngang theo phương vuông góc với đường sức của điện trường. Electrôn bay vào khoảng chính giữa 2 bản. Hiệu điện thế giữa 2 bản là U 1) Biết e bay ra khỏi điện trường tại điểm nằm sát mép một bản. Viết biểu thức tính công của lực điện trong sự dịch chuyển cuả e trong điện trường 2) Viết công thức tính động năng của e khi bắt đầu ra khỏi điện trường HD: 1) Ta nhận thấy e phải lệch về phía bản dương. Gọi d là khoảng cách giữa 2 bản A=q.E.(-d/2)=q.(-U/2) với q<0 2) Dùng định lí động năng: W2-W1=A à W2= (m.v02- e.U)/2 Bài 5 Một hạt mang điện tích q=+1,6.10-19C ; khối lượng m=1,67.10-27kg chuyển động trong một điện trường. Lúc hạt ở điểm A nó có vận tốc là 2,5.104 m/s. Khi bay đến B thì nó dừng lại. Biết điện thế tại B là 503,3 V. Tính điện thế tại A ( ĐS: VA= 500 V) HD: Bài 6 Cho 2 bản kim loại phẳng có độ dài l=5 cm đặt nằm ngang song song với nhau,cách nhau d=2 cm. Hiệu điện thế giữa 2 bản là 910V. Một e bay theo phương ngang vào giữa 2 bản với vận tốc ban đầu v0=5.107 m/s. Biết e ra khỏi được điện trường. Bỏ qua tác dụng của trọng trường 1) Viết ptrình quĩ đạo của e trong điện trường 2) Tính thời gian e đi trong điện trường? Vận tốc của nó tại điểm bắt đầu ra khỏi điện trường? 3) Tính độ lệch của e khỏi phương ban đầu khi ra khỏi điện trường? ( ĐS: 0,4 cm) Bài 7 Ba điểm A,B,C tạo thành một tam giác vuông (vuông ở A); AC= 4 cm; AB=3 cm nằm trong một điện trường đều có song song với cạnh CA, chiều từ C đến A. Điểm D là trung điểm của AC. 1) Biết UCD=100 V. Tính E, UAB; UBC ( ĐS: 5000V/m; UBC=-200 V; UAB=0) 2) Tính công của lực điện khi một e di chuyển : a) Từ C đến D b) Từ C đến B c) Từ B đến A HD: Dùng các công thức: AMN=q.UMN; E= UMN/ ; UMN=VM-VN Bài 8 Một hạt bụi mang điện có khối lượng m=10-11g nằm cân bằng giữa 2 bản của 1 tụ điện phẳng. Khoảng cách giữa 2 bản là d=0,5 cm. Chiếu ánh sáng tử ngoại vào hạt bụi. Do mất một phần điện tích,hạt bụi sẽ mất cân bằng. Để thiết lập lại cân bằng người ta phải tăng hiệu điện thế giữa 2 bản lên một lượng =34V. Tính điện lượng đã mất đi biết ban đầu hđt giữa 2 bản là 306,3V HD: Lúc đầu: m.g=F=q.U/d (1); Sau đó (q-).(U+)/d = m.g (2). Từ (1) và (2) ta được Bài 9 Giữa 2 bản của tụ điện đặt nằm ngang cách nhau d=40 cm có một điện trường đều E=60V/m. Một hạt bụi có khối lượng m=3g và điện tích q=8.10-5C bắt đầu chuyển động từ trạng thái nghỉ từ bản tích điện dương về phía tấm tích điện âm. Bỏ qua ảnh hưởng của trọng trường. Xác định vận tốc của hạt tại điểm chính giữa của tụ điện ĐS: 0,8 m/s HD: Tính a theo ĐL 2 sau đó dùng công thức của chuyển động biến đổi đều Bài 10 Cho 3 bản kim loại phẳng A,B,C đặt song song với nhau,tích điện đều cách nhau các khoảng d1=2,5 cm; d2=4 cm.Biết CĐĐT giữa các bản là đều có độ lớn E1=8.104V/m; E2=105V/m có chiều như hình vẽ. Nối bản A với đất. Tính điện thế của bản B và C E1 E2 C B A HD: VA-VB=E1.d1 àVB; VC-VB=E2.d2 àVC=2000 V Bài 11 Một quả cầu tích điện khối lượng m=0,1 g nằm cân bằng giữa 2 bản tụ điện phẳng đặt thẳng đứng cách nhau d=1cm. Hiệu điện thế giữa 2 bản là U. Góc lệch của dây treo so với phương thẳng đứng là 100. Điện tích của quả cầu là 1,3.10-9C. Tìm U (cho g=10m/s2) ĐS: 1000 V Bài 12 Hai quả cầu giống nhau bằng kim loại tích điện trái dấu đặt cách nhau 20 cm chúng hút nhau bằng 1 lực F1=4.10-3N. Cho 2 quả cầu tiếp xúc với nhau sau đó lại tách chúng ra vị trí cũ. Khi đó 2 quả cầu đẩy nhau bởi 1 lực F2=2,25.10-3N. Xác định điện tích của mỗi quả cầu trước khi cho chúng tiếp xúc nhau. Bài 13 Tại các đỉnh A,B,C của 1 hình vuông ABCD cạnh a=1,5 cm lần lượt đặt cố định q1,q2,q3 1) Biết q2=4.10-6C và CĐĐT tổng hợp tại D bằng không. Tính q1, q3 (ĐS: q1=q3=-1,4.10-6C) 2) Tìm CĐĐT tổng hợp tại tâm O của hình vuông (3,2.108 V/m) CHỦ ĐỀ 2: VẬT DẪN VÀ ĐIỆN MÔI TRONG ĐIỆN TRƯỜNG. TỤ ĐIỆN A) Tóm tắt lí thuyết 1) Vật dẫn trong điện trường +) Khi vật dẫn đặt trong điện trường mà không có dòng điện chạy trong vật thì ta gọi là vdcbđ +) Bên trong vdcbđ cường độ điện trường bằng không,còn tại các điểm trên mặt ngoài vdẫn thì cường độ điện trường có phương vuông góc với mặt ngoài +) Điện thế tại mọi điểm trên vdcbđ bằng nhau +) Điện tích chỉ phân bố ở mặt ngoài của vật,sự phân bố là không đều (tập trung ở chỗ lồi nhọn) 2) Điện môi trong điện trường +) Khi đặt một khối điện môi trong điện trường thì nguyên tử của chất điện môi được kéo dãn ra một chút và chia làm 2 đầu mang điện tích trái dấu. Ta nói điện môi bị phân cực. Kết quả là trong khối điện môi hình thành nên một điện trường phụ ngược chiều với điện trường ngoài 3) Tụ điện +) Định nghĩa: Hệ 2 vật dẫn đặt gần nhau,mỗi vật là 1 bản tụ. Khoảng không gian giữa 2 bản là chân không hay điện môi +) Ta có thể nạp điện cho tụ bằng nguồn điện hoặc làm cho tụ điện phóng điện +) Tụ điện phẳng có 2 bản tụ là 2 tấm kim loại phẳng có kích thước lớn ,đặt đối diện nhau,song song với nhau +) Điện dung của tụ : Là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ C= Q/U Đơn vị là F, mF. +) Công thức tính điện dung của tụ điện phẳng: . Với S là phần diện tích đối diện giữa 2 bản. +) Với mỗi một tụ điện có 1 hiệu điện thế giới hạn nhất định, nếu khi sử dụng mà đặt vào 2 bản tụ hđt lớn hơn hđt giới hạn thì điện môi giữa 2 bản bị đánh thủng. +) Ghép tụ điện song song,nối tiếp *) Ghép song song: Ub=U1=U2=..; Qb=Q1+Q2+.; Cb=C1+C2+.. *) Ghép nối tiếp: Qb =Q1=Q2=..; Ub=U1+U2+.; 1/Cb=1/C1+1/C2+. ( lúc đầu các tụ chưa tích điện) +) Năng lượng điện trường: *) Năng lượng của tụ điện: *) Năng lượng điện trường: Năng lượng của tụ điện chính là năng lượng của điện trường trong tụ điện. Với tụ điện phẳng thì với V=S.d là thể tích khoảng không gian giữa 2 bản tụ điện phẳng; Mật độ năng lượng điện trường: w= W/ V (1) Lưu ý: Công thức (1) đúng với cả điện trường không đều và điện trường phụ thuộc thời gian B) Bài tập cơ bản và nâng cao Bài 1 Hai bản của tụ điện phẳng có dạng hình tròn bán kính R=60 cm,khoảng cách giữa 2 bản là 2 mm. Giữa 2 bản là không khí. 1) Tính điện dung của tụ điện ( 5.10-9F) 2) Có thể tích cho tụ điện đó một điện tích lớn nhất là bao nhiêu để tụ điện không bị đánh thủng. Biết cđđt lớn nhất mà không khí chịu được là 3.106 V/m . Hiệu điện thế lớn nhất giữa 2 bản tụ là bao nhiêu? ( 6.103V; 3.10-5C) HD: Umax= Emax.d; Qmax=C.Umax Bài 2 Một tụ điện không khí có C=2000 pF được mắc vào 2 cực của nguồn điện có hđt là U=5000 V 1) Tính điện tích của tụ điện ( 10-5C) 2) Nếu người ta ngắt tụ điện ra khỏi nguồn rồi nhúng nó chìm hẳn vào một điện môi lỏng có hằng số điện môi =2. Tìm điện dung của tụ và hiệu điện thế của tụ ( 1000 pF; 2500 V) 3) Nếu người ta không ngắt tụ khỏi nguồn và đưa tụ vào điện môi lỏng như ở phần 2. Tính điện tích và hđt giữa 2 bản tụ HD: Nếu ngắt tụ khỏi nguồn rồi đưa nó vào điện môi thì điện tích không đổi chỉ có điện dung thay đổi. Nếu không ngắt tụ khỏi nguồn và nhúng tụ vào điện môi thì hđt không đổi,điện tích thay đổi Bài 3 Một tụ điện có điện dung C= 2 được tích điện, điện tích của tụ là 103 . Nối tụ điện đó vào bộ ác qui có SĐĐ E=50V. Bản tích điện dương nối với cực dương. Hỏi khi đó năng lượng của bộ ác qui tăng lên hay giảm đi? Tăng hay giảm bao nhiêu? HD: Tính năng lượng trước: W=Q2/2C; năng lượng sau: W’=CU’2/2=C.E2/2 à Lấy W-W’ Bài 4 Một tụ điện phẳng mà điện môi có =2 mắc vào nguồn điện có hđt U=100 V; khoảng cách giữa 2 bản là d=0,5 cm; diện tích một bản là 25 cm2 1) Tính mật độ năng lượng điện trường trong tụ 2) Sau khi ngắt tụ ra khỏi nguồn,điện tích của tụ điện phóng qua lớp điện môi giữa 2 bản tụ đến lúc điện tích của tụ bằng không. Tính nhiệt lượng toả ra ở điện môi HD: Nhiệt lượng toả ra ở điện môi bằng năng lượng của tụ Bài 5 Hai bản của 1 tụ điện phẳng không khí có dạng hình chữ nhật kích thước 10cm x 5cm. Tụ điện được tích điện bằng một nguồn điện sao cho CĐĐT giữa 2 bản tụ là 8.105 V/m . Tính điện tích của tụ điện trên. Có thể tính được hđt giữa 2 bản tụ không? HD: Q=C.U= E.d ; Không thể tính được U vì chưa biết d Bài 6 Có 2 tụ điện, tụ điện 1 có điện dung C1=1 tích điện đến hđt U1=100 V; tụ điện 2 có điện dung C2= 2 tích điện đến hđt U2=200 V 1) Nối các bản tích điện cùng dấu với nhau. Tính hiệu điện thế và điện tích của mỗi tụ điện sau khi nối và nhiệt lượng toả ra sau khi nối các bản 2) Hỏi như phần 1 nhưng chỉ khác ta nối các bản trái dấu của 2 tụ với nhau HD: 1) Cb=C1+C2; Qb=Q1+Q2; Ub=Qb/Cb=U1’=U2’ à Q1’ và Q2’ Tính năng lượng trước: W=C1U12/2+ C2U22/2; năng lượng sau: W’=CbUb2/2; Q=W-W’ 2) Làm tương tự chỉ khác Qb=Q2-Q1; Cb=C1+C2 Bài 7 Một bộ tụ gồm 5 tụ điện giống hệt nhau nối tiếp mỗi tụ có C=10 được nối vào hđt 100 V 1) Hỏi năng lượng của bộ thay đổi ra sao nếu 1 tụ bị đánh thủng 2) Khi tụ trên bị đánh thủng thì năng lượng của bộ tụ bị tiêu hao do phóng điện. Tìm năng lượng tiêu hao đó. HD: 1) Độ biến thiên năng lượng của bộ là: W=W2-W1=(1/2)Cb2U2-(1/2)Cb1U2=.>0 tức là năng lượng của bộ tăng lên (mặc dù có sự tiêu hao năng lượng do đánh thủng) 2) Tính điện tích của bộ tụ lúc trước và sau rồi tính =q2-q1>0. Năng lượng của tụ tăng vì nguồn đã thực hiện công A để đưa thêm điện tích đến tụ: A=.U. Theo ĐLBTNL: A=W+Wtiêu hao Từ đó tính được Wtiêu hao Bài 8 Một tụ điện nạp điện tới hiệu điện thế U1=100 V được nối với với tụ điện thứ hai cùng điện dung nhưng được nạp điện tới hiệu điện thế U2=200V. Tính hiệu điện thế giữa các bản của mỗi tụ điện trong hai trường hợp sau: 1) Các bản tích điện cùng dấu nối với nhau (150 V) 2) Các bản tích điện trái dấu nối với nhau (50 V) Bài 9 Ba tụ điện có điện dung C1=0,002 F; C2=0,004F; C3=0,006 F được mắc nối tiếp thành bộ. Hiệu điện thế đánh thủng của mỗi tụ điện là 4000 V.Hỏi bộ tụ điện trên có thể chịu được hiệu điện thế U=11000 V không? Khi đó hiệu điện thế đặt trên mỗi tụ là bao nhiêu? ĐS: Không. Bộ sẽ bị đánh thủng; U1=6000 V; U2=3000 V; U3=2000 V Bài 10 Ba tụ điện có điện dung lần lượt là: C1=1F; C2=2F; C3 =3F có thể chịu được các hiệu điện thế lớn nhất tương ứng là: 1000V;200V; 500V. Đem các tụ điện này mắc thành bộ 1) Với cách mắc nào thì bộ tụ điện có thể chịu được hiệu điện thế lớn nhất 2) Tính điện dung và hiệu điện thế của bộ tụ điện đó ĐS: C1nt(C2//C3); 1200 V; 5/6 F Bài 11 Sáu tụ được mắc: ( ((C1nt(C2//C3))//C4 ) )nt C5 nt C6 ; C1=C6=60F; U=120V Tính điện dung của bộ và điện tích của mỗi tụ Bài 12 Hai bản của một tụ điện phẳng(diện tích mỗi bản là 200 cm2) được nhúng trong dầu có hằng số điện môi 2,2 và được mắc vào nguồn điện có hđt là 200 V. Tính công cần thiết để giảm khoảng cách giữa 2 bản từ 5 cm đến 1 cm(sau khi cắt tụ ra khỏi nguồn) (1,2.10-7J) Bài 13 Tại 4 đỉnh của một hình vuông LMNP có 4 điện tích điểm qL=qM=q=4.10-8C; qN=qP=-q. Đường chéo của hình vuông có độ dài a=20 cm. Hãy xác đinh: Điện thế tại tâm hình vuông? Điện thế tại đỉnh L của hình vuông? Công tối thiểu để đưa q từ L-O ĐS: 0 V; -1800 V; Công của lực điện là A=-7,2.10-5J; công của ngoại lực A’=-A Bài 14 Hai bản phẳng song song cách nhau d=5,6 mm, chiều dài mỗi bản là 5 cm. Một điện tử bay vào khoảng giữa với vận tốc v0=200 000 km/s hướng song song và cách đều 2 bản. Hỏi hiệu điện thế lớn nhất có thể đặt lên 2 bản là bao nhiêu để khi bay ra khỏi 2 bản điện tử không bị chạm vào mép bản (50 V) Bài 15 Hiệu điện thế giữa 2 bản của một tụ điện phẳng là U=300 V. Một hạt bụi nằm cân bằng giữa 2 bản của tụ điện và cách bản dưới của tụ d1=0,8 cm. Hỏi sau bao lâu hạt bụi sẽ rơi xuống bản dưới của tụ nếu hiệu điện thế giữa 2 bản giảm đi 60 V (0,09 s) Bài 16 Hai điện tích q1=6,67.10-9C và q2=13,35.10-9C nằm trong không khí cách nhau 40 cm. Tính công cần thiết để đưa hệ điện tích trên lại gần nhau và cách nhau 25 cm ( 1,2.10-6 J) Bài 17 Một điện tử bay đến gần một iôn âm. Điện tích của iôn gấp 3 lần điện tích của điện tử. Lúc đầu điện tử ở cách xa iôn và có tốc độ là 105m/s. Tính khoảng cách bé nhất mà điện tử có thể tiến gần đến iôn. Cho điện tích và khối lượng của e ( 1,5.10-7m) Bài 18 Một mặt cầu bán kính 10 cm có mật độ điện mặt 3.10-5C/m2. Cách mặt cầu 0,9 m có đặt một điện tích q0=7.10-9C . Tính công cần thiết để đưa điện tích điểm q0 về cách tâm mặt cầu 50 cm biết môi trường xung quanh điện tích là K2 ( 2,4.10-4 J) CHƯƠNG II DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI Chủ đề 1: Công, công suất của dòng điện. Định luật Ôm cho đoạn mạch thuần trở Định luật Jun Lenxơ A) Tóm tắt lý thuyết 1) Định nghĩa dòng điện: Là dòng các điện tích chuyển dịch có hướng 2) Dòng điện không đổi: Là dòng điện có chiều và cường độ không đổi theo thời gian Cường độ dòng điện: I = q / t ( q: Điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng của vật dẫn trong khoảng thời gian t ) 3) Định luật Ôm cho đoạn mạch chỉ có R: I= U/R Dòng điện có chiều từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp Công thức tính điện trở của dây dẫn đồng tính,hình trụ: 4) Suất điện động của nguồn điện: e = A/ q ( e là công của lực lạ ) 5) Đơn vị của dung lượng của acqui là A.h (1Ah=3600C) 6) Công ,công suất của dòng điện: A=q.U=I.t.U; P=A/t=U.I (A là điện năng tiêu thụ) 7) Định luật Jun-Lenxơ: A=Q=U.I.t=R.I2.t 8) Công và công suất của nguồn điện: Là công của lực lạ (vì công của lực điện để dịch chuyển điện tích trong mạch kín bằng không) A= e.q=e.I.t; P=A/t=e.I 9) Có 2 loại dụng cụ tiêu thụ điện là : Dụng cụ toả nhiệt và máy thu điện a) Điện năng tiêu thụ ở dụng cụ toả nhiệt: A=U.I.t=R.I2.t=(U2/R).t; P=A/t=U.I=.. b) Điện năng tiêu thụ điện trong khoảng thời gian t là: A=A’+Q’=eP.I.t+rP.I2.t Công suất của máy thu: P=A/t=eP.I + rPI2 (eP là suất phản điện của máy thu) Mà P=U.I nên U=eP+rP.I (U là hđt ở 2 cực của máy thu) Với P’=eP.I là công suất có ích của máy thu điện c) Hiệu suất của máy thu điện: H= d) Lưu ý: +) Trên vỏ ngoài các dụng cụ tiêu thụ điện có ghi: Pđ; Uđ; Iđ với Iđ=Pđ/Uđ +) Trong kỹ thuật để đo điện năng tiêu thụ(A) ta dùng công tơ điện (1kw.h=3,6.106J) B) Bài tập Bài 1 Cường độ dòng điện không đổi chạy qua dây tóc của một bóng đèn là I=0,273A. Tính điện lượng và số e dịch qua tiết diện thẳng của dây tóc trong thời gian 1 phút. (1,02.1020 e) Bài 2 Pin Lơclăngsê có suất điện động là 1,5V. Hỏi khi nó sản ra một công là 270J thì nó dịch chuyển 1 lượng điện tích dương là bao nhiêu ở bên trong và giữa 2 cực của pin? ( 180 C) Bài 3 Một bộ acqui có thể cung cấp 1 dòng điện là 4A liên tục trong 1h thì phải nạp lại a) Tính cường độ dòng điện mà ác qui này có thể cung cấp nếu nó được sử dụng liên tục trong 20h thì phải nạp lại b) Tính SĐĐ của acqui này nếu trong thời gian hoạt động trên đây nó sản sinh ra 1 công 86,4 kJ HD: Dung lượng của acqui là Q=4.3600 (C) à I’= Q/20.3600=0,2A; e=86400/Q=6 V Bài 4 Có 2 bóng đèn trên vỏ ngoài có ghi: Đ1(220V-100W); Đ2(220V-25W) 1) Hai bóng sáng bình thường không khi mắc chúng song song vào mạng điện 220V. Sau đó tính cường độ dòng điện qua mỗi bóng. 2) Mắc chúng nối tiếp vào mạng điện 440 V thì 2 bóng sáng bình thường không? Nếu không hãy cho biết bóng nào sẽ cháy trước? Nếu có hãy tính cường độ dòng điện qua mỗi bóng? Bài 5 Một đèn ống loại 40W được chế tạo để có công suất chiếu sáng bằng đèn dây tóc loại 100W. Hỏi nếu sử dụng đèn ống này trung bình mỗi ngày 5h thì trong 30 ngày sẽ giảm được bao nhiêu tiền điện so với sử dụng đèn dây tóc cũng trong thời gian trên. Giá tiền điện 700 đ/kwh HD: Mỗi giây tiết kiệm được 100-40=60J. Dùng 30 ngày tiết kiệm được:30.5.3600.60 (J) Đổi về kwh bằng 30.5.3600.60/3 600 000 =9 kwhà tiết kiệm được: 700.9=6300 (đ) Bài 6 Một ấm điện được dùng với hđt 220 V thì đun sôi được 1,5 lít nước từ nhiệt độ 200C trong 10 phút. Biết nhiệt dung riêng của nước là: 4190 J/kg.K; D=1000 kg/m3; H=90% 1) Tính điện trở của ấm điện 2) Tính công suất điện của ấm HD: Tính nhiệt lượng thu vào của nước: Q=c.(D.V)(100-20) (năng lượng có ích) H= Q/A=Q/P.t (t=20.60=1200 s) từ đó suy ra P. Mà P=U2/RàR=4,232 ôm; P=931 W Bài 7 Hai dây dẫn, một bằng đồng , một bằng nhôm có cùng điện trở,cùng khối lượng. Hỏi chiều dài của 2 dây dẫn hơn kém nhau bao nhiêu lần. Cho biết khối lượng riêng và điện trở suất của 2 dây là: DAl=2700 kg/m3; DCu=8900 kg/m3; (ĐS: 1,4) HD: m1=m2 àV1.D1=V2.D2 àl1.S1.D1= l2.S2.D2 (1) Viết biểu thức của R1;R2 cho R1=R2 Cuối cùng ta được: =1,4 Bài 8 Hai dây dẫn hình trụ được làm từ cùng một chất, có cùng một chiều dài. Tỷ số điện trở của chúng là 1:2. Hỏi dây nào nặng hơn và nặng hơn bao nhiêu? (ĐS: Hơn kém nhau 2 lần) HD: Chúng có cùng D và điện trở suất,chiều dài Bài 9 Một ấm điện có 2 dây dẫn R1 và R2 để đun nước. Nếu dùng dây R1 thì nước trong ấm sẽ sôi trong thời gian 10 min. Còn nếu dùng riêng dây R2 thì thời gian nước sẽ sôi là 40 min. Tính khoảng thời gian đun sôi ấm nước trên trong 2 trường hợp: 1) R1 song song với R2 (8 min) 2) R1 nối tiếp với R2 (50 min) Coi điện trở của dây maiso không phụ thuộc vào nhiệt độ, hiệu suất của ấm là 100% HD: Dùng công thức với Q và U không đổi trong mọi trường hợp Bài 10 (điện trở phụ thuộc nhiệt độ) Một bàn là có hiệu điện thế và công suất định mức là 220 V-1,1 KW 1) Tính điện trở R0 và cường độ dòng điện định mức I0 của bàn là 2) Để hạ bớt nhiệt độ của bàn là mà vẫn dùng mạng điện có hđt là 220 V người ta mắc nối tiếp với nó một điện trở R= 9 ôm. Khi đó bàn là chỉ còn tiêu thụ một công suất là P’= 800 W. Tính cường độ dòng điện I’, hiệu điện thế U’ và điện trở R’ của bàn là. HD: 1) I0= P0/U0=5A; R0=U0/I0=44 ôm 2) (1) Mà (2) Từ (1) và (2) ta được U’=180V (loại U’=40 V) Vì khi đó công suất không thể bằng 80 W được; R’=40,5 ôm ĐỊNH LUẬT ÔM ĐỐI VỚI TOÀN MẠCH. MẮC NGUỒN THÀNH BỘ A) Tóm tắt lý thuyết A B I e,r 1) Giả sử dòng điện trong mạch có cường độ I thì trong thời gian t có điện lượng q=I.t chuyển qua mạch. Nguồn điện đã thực hiện công A: A=q.e=I.t.e Trong thời gian t nhiệt lượng toả ra ở toàn mạch là: Q=(R+r).I2.t Theo ĐLBTNL: Q=A. Vậy e=I.R+I.r R Nhận xét: Suất điện động của nguồn bằng tổng các độ giảm điện thế mạch ngoài và mạch trong (R+r là điện trở toàn phần của mạch) U=I.R= e-I.r (U là hiệu điện thế mạch ngoài cũng là hđt giữa 2 cực của nguồn) Lưu ý: +) Nếu r=0 hoặc mạch ngoài để hở(I=0) thì U=e +) Nếu R=0 thì I=Imax= e / R ta nói nguồn điện bị đoản mạch 2) Trường hợp mạch ngoài có máy thu điện thì: A=Q+A’=(R+r)I2.t+ eP.I.t+ rP.I2.t= e.I.t e,r I B A Vậy ta được: 3) Hiệu suất của nguồn: 4) Mắc nguồn thành bộ R eP,rP a) Mắc nối tiếp en,rn e2,r2 e1,r1 B A eb=e1+e2+.en rb=r1+r2+rn e1,r1 e2,r2 A B Trường hợp đặc biệt các nguồn giống nhau b) Mắc xung đối Nếu e1>e2 thì e1 là nguồn phát Khi đó eb=e1-e2; rb=r1+r2 Nếu e1<e2 thì e1 là máy thu 2) Mắc song song n B A e,r e,r e,r Nếu các nguồn giống hệt nhau thì eb=e; rb= r / n Lưu ý: Nếu mắc hỗn tạp: Mắc thành n hàng mỗi hàng m nguồn nối tiếp thì eb=m.e; rb=m.r/n B) Bài tập cơ bản Bài 1: Cho mạch điện như sơ đồ hình vẽ: e=12 V; r=0 R1=3 ; R2=4 ; R3=5 1) Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch (1A) 2) Tính hiệu điện thế giữa 2 cực của nguồn và 2 đầu điện trở R2 (U2=4V) 3) Tính công của nguồn điện sản ra trong 10 min và công suất toả nhiệt của R3 (A=7200J) R2 4) Tính hiệu suất của nguồn và công do nguồn sản ra trong 1h Bài 2 e R1 R3 Khi mắc điện trở R1=500 vào 2 cực của một pin mặt trời thì hđt mạch ngoài là U1=0,1 V.Thay điện trở R1 bằng R2=1000 thì hđt của mạch ngoài bây giờ là U2=0,15 V 1) Tính suất điện động và điện trở trong của pin này 2) Diện tích của pin này là S=5 cm2 và nó nhận được năng lượng ánh sáng với công suất là 2 mW/cm2. Tính hiệu suất H của pin khi chuyển từ năng lượng ánh sáng thành nhiệt năng ở điện trở ngoài R2 HD: Ta dùng công thức U=I.R suy ra I sau đó áp dụng e=U+I.r cho 2 trường hợp R1,R2 Năng lượng ánh sáng trong 1 s là P=10 mW=0,01 W; công suất toả nhiệt trên R2 là P2 =I22.R2 Vậy H= P2/ P ĐS: e=0,3 V; r=1000;H=0,225 % Bài 3: Có 36 nguồn giống nhau mỗi nguồn SĐĐ e=12 V và ĐTT r=2 ghép thành bộ nguồn hỗn hợp đối xứng gồm n dãy song song mỗi dãy gồm m nguồn nối tiếp. Mạch ngoài là 6 bóng đèn giống hệt nhau được mắc song2 .Khi đó hđt mạch ngoài là U=120 V và csuất mạch ngoài 360 W. 1) Tính điện trở mỗi bóng đèn (các đèn sáng bình thường) 2) Tính m,n 3) Tính công suất và hiệu suất của của bộ nguồn trong trường hợp này HD: 1) P1=P/6=60 W; R1=U2 /P1=240 2) Ta có I=6I1=3 A; R=R1/6=40 ; eb=12m; rb= 2m/n với m.n=36. Dùng ĐL Ôm àn=3;m=12; 3) Công suất của nguồn P=eb.I=432 W; H=U/eb= 83,3 % Bài 4 Cho mạch điện như hình vẽ. Bộ nguồn có SĐĐ eb=42,5V; ĐTT rb=1;R1=10;R2=15. Biết điện trở của các am pe kế và dây nối không đáng kể 1) Biết bộ nguồn gồm các pin giống nhau mắc theo kiểu hỗn hợp đối xứng,mỗi pin có SĐĐ e=1,7V và điện trở trong là r=0,2. Hỏi bộ nguồn này mắc thế nào? ( 5 dãy song song x 25 cái nối tiếp) A1 A2 eb,rb R1 R2 2) Biết ampekế 1 chỉ 1,5A. Xác định số chỉ A2 và trị số của R HD: 2) Tính UMN=I1R1àI2=UMN/R2—> I=I1+I2 à U=eb-I.rb à UR=U-UMNà R=10 R Bài 5 Cho mạch điện sau:R1=4;R2=R3=6;UAB=33V 1) Mắc vào C,D một A có RA=0; lúc này R4=14. Tính số chỉ ampe kế và chiều dòng điện qua A (0,5 A) 2) Thay A bằng vôn kế có RV rất lớn a) Tìm số chỉ vôn kế. Cực + vôn kế mắc vào điểm nào? (3,3 V) C R3 R1 b) Điều chỉnh R4 đến khi vôn kế chỉ số không. Tìm R4 (9) 3) Nếu điều chỉnh cho R4=6 A B Tìm điện trở tương đương D của đoạn mạch AB R4 R2 HD: Dùng phương pháp điện thế nút CHƯ