Giải Vật Lí 11 Bài 7: Dòng điện không đổi. Nguồn điện

Giải bài tập Vật Lí lớp 11 Bài 7: Dòng điện không đổi. Nguồn điện

Trả lời câu hỏi giữa bài

Trả lời câu C1 trang 37 SGK Vật lí 11: Nêu một ví dụ về một mạch điện trong đó có cùng dòng điện không đổi chạy qua
Lời giải:

Mạch điện trong đèn pin.
Trả lời câu C2 trang 37 SGK Vật lí 11: Đo cường độ dòng diện bằng dụng cụ gì? Mắc dụng cụ như thế nào?

Lời giải:

Đo cường độ dòng điện bằng cách sử dụng Ampe kế mắc nối tiếp với đoạn mạch cần đo.
Trả lời câu C3 trang 38 SGK Vật lí 11: Trong thời gian 2s có một điện lượng 1.5C dịch chuyển qua tiết diện thẳng của dây tóc bóng đèn. Tính cường độ dòng điện chạy qua bóng đèn.
Lời giải:

Cường độ dòng điện qua đèn:

$I=\frac{\mathrm{\Delta }q}{\mathrm{\Delta }t}=\frac{1,5}{2}=0,75\left(A\right)$

Đáp số: I =  0,75 A

Trả lời câu C4 trang 38 SGK Vật lí 11: Dòng điện chạy qua một dây dẫn bằng kim loại có cường độ là 1 A. Tính số electron dịch chuyển qua tiết điện thẳng của dây dẫn này trong khoảng thời gian 1 s
Lời giải:

Số electron dịch chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong 1 s

$I=\frac{\mathrm{\Delta }q}{\mathrm{\Delta }t}=\frac{n.e}{1,{6.10}^{-19}}=6,{25.10}^{18}\left(electron\right)$

Đáp số: n = 6,25. 1018 (êlectron)

Trả lời câu C5 trang 38 SGK Vật lí 11: Các vật cho dòng điện chạy qua gọi là các vật gì? Các hạt mang điện trong các vật loại này có đặc điểm gì?
Lời giải:

Vật có dòng điện chạy qua gọi là vật dẫn điện (vật dẫn).

Các hạt mang điện trong các vật dẫn là những hạt mang điện tự do có thể dịch chuyển trong vật.

Trả lời câu C6 trang 38 SGK Vật lí 11: Giữa hai đầu một đoan mạch hoặc giữa hai đầu bóng đèn phải có điều kiện gì để có dòng điện chạy qua chúng?
Lời giải:

Điều kiện để có dòng điện chạy qua đoạn mạch phải có hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch hay hai đầu bóng đèn
Trả lời câu C7 trang 38 SGK Vật lí 11: Hãy kể tên một số nguồn điện thường dùng.
Lời giải:
Tên một số nguồn điện thường dùng là pin, ắc quy, máy phát điện….
Trả lời câu C8 trang 39 SGK Vật lí 11: Bộ phận nào của mạch điện Hình 7.2 tạo ra dòng điện chạy trong mạch điện này khi đóng công tắc K?

Lời giải:

Bộ phận tạo ra dòng điện chạy trong mạch điện này khi đóng công tắc K là nguồn điện kí hiệu: (+| i-).
Trả lời câu C9 trang 39 SGK Vật lí 11: Nếu mắc mạch điện theo sơ đồ Hình 7.3 thì số chỉ vôn kế và số vôn ghi trên nguồn điện có mối quan hệ gì? Điều đó cho biết có gì tồn tại giữa hai cực của nguồn điện?

Lời giải:

Số chỉ vôn kế khi này sẽ giống số vôn ghi trên nguồn điện.

Điều đó có nghĩa là giữa hai đầu của nguồn điện tồn tại một hiều điện thế, nếu mắc vào đó một bóng đèn thì đèn sẽ sáng.

Câu hỏi và bài tập (trang 44, 45 sgk Vật lí 11)

Bài 1 trang 44 SGK Vật lí 11: Khi dòng điện chạy qua vật dẫn thì các hạt mang điện tham gia vào chuyển động có hướng dưới tác dụng của lực nào?
Lời giải:

Khi dòng điện chạy qua vật dẫn thì các hạt mang điện tham gia vào chuyển động có hướng dưới tác dụng của lực điện trựờng: các hạt mang điện tích dương chuyển động theo chiều điện trường, còn các hạt mang điện tích âm chuyển động ngược chiều điện trường.
Bài 2 trang 44 SGK Vật lí 11: Bằng những cách nào để biết có dòng điện chạy qua một vật dẫn?
Lời giải:

Để nhận biết có dòng điện chạy qua một vật dẫn hay không, cách đơn giản nhất là dùng ampe kế nhạy để đo dòng điện.

Một cách khác là sử dụng tác dụng từ của dòng điện: đặt một kim nam châm (có thể quay tự do trên một mũi nhọn) gần vật dẫn, nếu kim nam châm bị lệch khỏi hướng bắc – nam thì trong dây đẫn có dòng điện chạy qua. 

Bài 3 trang 44 SGK Vật lí 11: Cường độ dòng điện được xác định bằng công thức nào? 

Lời giải:

Cường độ dòng điện được xác định bằng công thức: $I=\frac{\mathrm{\Delta }q}{\mathrm{\Delta }t}$

Trong đó: $\mathrm{\Delta }q$ là điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng của vật dẫn trong thời gian $\mathrm{\Delta }t$.

Đối với dòng điện không đổi thì $I=\frac{q}{t}$

Bài 4 trang 44 SGK Vật lí 11: Bằng cách nào mà các nguồn điện duy trì sự tích điện khác nhau ở hai cực của nguồn điện và do đó duy trì hiệu điện thế giữa hai cực của nó? 

Lời giải:

Vì bên trong nguồn điện, các hạt tải điện dương chuyển động từ nơi có hiệu điện thế thấp (cực âm) đến nơi có hiệu điện thế cao (cực dương) ngược với chiều của lực điện trường giữa hai cực. Sự chuyển động này được thực hiện dưới tác dụng của lực lạ (không phải lực điện trường).

Chẳng hạn, trong pin, acquy thì lực lạ là lực hóa học, trong các máy phát điện, lực lạ là lực hóa học, trong các máy phát điện, lực lạ là lực từ tác dụng lên các electron chuyển động từ trong từ trường.

Bài 5 trang 44 SGK Vật lí 11: Đại lượng nào đặc trưng cho khả năng thực hiện công của lực lạ bên trong nguồn điện? Đại lượng này được xác định như thế nào?
Lời giải:

Đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của lực lạ bên trong nguồn điện là suất điện động của nguồn điện.

– Suất điện động $\xi$ của một nguồn điện được đo bằng thương số giữa công A của lực lạ thực hiện khi dịch chuyển một điện tích dương q ngược chiều điện trường và độ lớn của điện tích q đó: $\xi =\frac{A}{q}$

Bài 6 trang 45 SGK Vật lí 11: Cường độ dòng điện được đo bằng dụng cụ nào sau đây?

A. Lực kế           B. Công tơ điện             

C. Nhiệt kế        D. Ampe kế.

Lời giải:

Chọn D. Cường độ dòng điện được đo bằng Ampe kế
Bài 7 trang 45 SGK Vật lí 11: Đo cường độ dòng điện bằng đơn vị nào sau đây?

A. Niu tơn (N).            B. Ampe (A).             

C. Jun (J).                  D. Oắt (W).

Lời giải:

Chọn B.

Đơn vị đo của cường độ dòng điện là Ampe (A)

Bài 8 trang 45 SGK Vật lí 11: Chọn câu đúng.

Pin điện hóa có

A. hai cực là hai vật dẫn cùng chất.

B. hai cực là hai vật dẫn khác chất.

C. một cực là vật dẫn và cực kia là vật cách điện.

D. hai cực đều là cách điện.

Lời giải:

Chọn B.

Pin điện hóa có hai cực là hai vật dẫn khác chất.

Bài 9 trang 45 SGK Vật lí 11: Hai cực của pin điện hóa được ngâm trong chất điện phân là dung dịch nào sau đây?

A. Chỉ là dung dịch muối.

B. Chỉ là dung dịch axit.

C. Chỉ là dung dịch bazo.

D. Một trong các dung dịch kể trên.

Lời giải:

Ta có, cấu tạo chung của pin điện hóa là gồm hai cực có bản chất hóa học khác nhau, được ngâm trong chất điện phân (dung dịch axit, bazo hoặc muối …)

=> Chọn D.

Bài 10 trang 45 SGK Vật lí 11: Trong các pin điện hóa có sự dịch chuyển từ năng lượng nào sau đây thành điện năng?

A. Nhiệt năng.

B. Thế năng đàn hồi.

C. Hóa năng.

D. Cơ năng.

Lời giải:

Chọn C

Trong các pin điện hóa có sự dịch chuyển từ hóa năng thành điện năng

Bài 11 trang 45 SGK Vật lí 11: Suất điện động được đo bằng đơn vị nào sau đây?

A. Culông (C).

B. Vôn (V).

C. Hec (Hz).

D. Ampe (A).

Lời giải:

Suất điện động được đo bằng đơn vị Vôn (V)

=> Chọn B

Bài 12 trang 45 SGK Vật lí 11: Tại sao có thể nói Acquy là một pin điện hóa?  

Acquy hoạt động như thế nào để có thể sử dụng nhiều lần? 

Lời giải:

Acquy gồm 2 bản cực ngâm trong chất điện phân.

Ví dụ: Acquy chì: bản cực dương làm bằng chì điôxít và bản cực âm bằng chì, chất điện phân là dung dịch axit sunfuric loãng.

=> Acquy là một pin điện hóa.

Acquy hoạt động theo nguyên tắc phản ứng hóa học thuận nghịch: Nó tích trữ năng lượng lúc nạp điện và giải phóng năng lượng này khi phát điện.

Một acquy có thể sử dụng nhiều lần.

Bài 13 trang 45 SGK Vật lí 11: Một điện lượng 6,0 mC dịch chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong khoảng thời gian 2 s. Tính cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn này.
Phương pháp giải:

Áp dụng công thức tính cường độ dòng điện $I=\frac{\mathrm{\Delta }q}{\mathrm{\Delta }t}$ 
Lời giải:

Theo đề bài ta có, điện lượng:

$\mathrm{\Delta }q=6mC={6.10}^{-3}C$ chuyển qua dây trong khoảng thời gian $\mathrm{\Delta }t=2s$

=> Cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn: $I=\frac{\mathrm{\Delta }q}{\mathrm{\Delta }t}=\frac{{6.10}^{-3}}{2}=0,003A=3(mA)$

Bài 14 trang 45 SGK Vật lí 11: Trong khoảng thời gian hoạt động đóng công tắc để chạy một tủ lạnh thì cường độ dòng điện trung bình đo được là 6A. Khoảng  thời gian dòng công tắc là 0,50 s. Tính điện lượng dịch chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn nối với động cơ của tủ lạnh. 
Phương pháp giải:

Áp dụng công thức tính cường độ dòng điện $I=\frac{\mathrm{\Delta }q}{\mathrm{\Delta }t}$
Lời giải:

Theo đề bài, ta có:

+ Cường độ dòng điện $I=6A$

+ Khoảng thời gian đóng công tắc cũng chính là khoảng thời gian biến thiên động lượng trong mạch: $\mathrm{\Delta }t=0,5s$

=> Điện lượng dịch chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn nối với động cơ của tủ lạnh: $\mathrm{\Delta }q=I.\mathrm{\Delta }t=6.0,5=3C$

Bài 15 trang 45 SGK Vật lí 11: Suất điện động của một pin là 1,5V. Tính  công của lực lạ khi dịch chuyển điện tích +2 C từ  cực âm tới cực dương bên trong nguồn điện.
Phương pháp giải:

Ta có:

+ Suất điện động của pin: $\xi =1,5V$

+ Điện tích dịch chuyển: $q=+2C$

Lại có: $\xi =\frac{A}{q}$

=> Công của lực lạ khi dịch chuyển điện tích từ cực âm tới cực dương bên trong nguồn điện là: $A=\xi q=1,5.2=3J$

Lý thuyết Bài 7: Dòng điện không đổi. Nguồn điện

I. Dòng điện

Theo các kiến thức đã học ta biết:

1. Dòng điện là dòng dịch chuyển có hướng của các hạt mang điện.

2. Dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các hạt electron tự do.

3. Chiều của dòng điện được quy ước là chiều dịch chuyển có hướng của các điện tích dương trong vật dẫn. Chiều qui ước của dòng điện chạy qua dây dẫn kim loại ngược chiều với chiều dịch chuyển có hướng của các hạt điện tích trong kim loại đó.

4. Dòng điện chạy trong vật dẫn có thể gây những tác dụng phụ: tác dụng từ, nhiệt, cơ, hóa, sinh… trong đó tác dụng từ là tác dụng đặc trưng nhất.

5. Trị số của dòng điện cho biết mức độ mạnh hay yếu của dòng điện.

Đại lượng này được đo bằng ampe kế và có đơn vị là ampe(A)/.

II. Cường độ dòng điện,  dòng điện không đổi.

1. Nếu có một đại lượng điện tích ∆q dịch chuyển qua tiết diện S của dây dẫn trong thời gian ∆t thì cường độ dòng điện là:

$I=\frac{\mathrm{\Delta }q}{\mathrm{\Delta }t}$  ( 7.1)

Vậy cường độ dòng điện được xác định bằng thương số của điện lượng ∆q dịch chuyển qua tiết diện thẳng và vật dẫn trong khoảng thời gian ∆t và khoảng thời gian đó.

2. Dòng điện không đổi:

Dòng điện không đổi là dòng điện có chiều và cường độ không đổi theo thời gian. 

Thay cho  công thức 7.1, cường độ dòng điện khôn g đổi được tính theo công thức:

$I=\frac{q}{t}$ (7.2)

Trong đó,  q là điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng của vật dẫn trong khoảng thời gian  t.

3. Đơn vị của cường độ dòng điện và điện lượng.

a) Đơn vị của cường độ dòng điện trong hệ SI là ampe được xác định là:

$1A=\frac{1C}{1s}$

Ampe là một trong bảy đơn vị cơ bản của hệ SI.

b) Đơn vị của điện lượng là Culông (C), được định nghĩa theo đơn vị ampe.

1C = 1 A.s.

III. Nguồn điện

1. Điều kiện để có dòng điện.

a) Theo kiến thức đã học ta biết:

+ Các vật  cho dòng điện chạy qua được gọi là vật dẫn. Các hạt mang điện trong các vật dẫn có đặc điểm là có thể dịch chuyển tự do.

+ Phải có hiệu điện thế giữa hai đầu một đoạn mạch hay giữa hai đầu một bóng đèn để có dòng điện chạy qua chúng.

b) Kết luận:

Điều kiện để có dòng điện là phải có một hiệu điện thế đặt vào hai đầu vật dẫn điện.

2. Nguồn điện.

Nguồn điện là dụng cụ để duy trì hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện.

Hiệu điện thế được duy trì ngay cả khi có dòng điện chạy qua các vật dẫn nối liền giữa hai cực  của nó.

Có nghĩa là sự tích điện khác nhau ở các cực của nguồn điện tiếp tục được duy trì. Điều này được thể hiện trong nhiều nguồn điện bằng cách tách các electron ra khỏi cực của nguồn điện.

Khi đó có một cực thừa electron gọi là cực âm, một cực còn lại thiếu hoặc ít electron được gọi là cực dương. Việc tách đó do các lực bản chất khác với lực điện gọi là lực lạ.

IV. Suất điện động của nguồn điện.

1. Công của nguồn điện

Công của các lực lạ thực hiện làm dịch chuyển các điện tích qua nguồn được gọi là công của nguồn điện.

Nguồn điện là một nguồn năng lượng vì nó có khả năng thực hiện công khi dịch chuyển các điện tích dương bên trong nguồn điện ngược chiều điện trường hoặc dịch chuyển các điện tích âm bên trong nguồn điện cùng chiều điện trường.

2. Suất điện động của nguồn điện.

a) Định nghĩa: Suất điện động ξ của một nguồn điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện và được đo bằng thương số giữa công A của lực lạ thực hiện dịch chuyển một điện tích q ngược chiều điện trường và độ lớn của điện tích q đó.

b) Công thức: ξ=$\frac{A}{q}$ (7.3)

c) Đơn vị. Từ định nghĩa và công thức (7.3), ta thấy suất điện động có cùng đơn vị với hiệu điện thế và hiệu điện thế là Vôn (V):

1V= 1J/1C

Số vôn ghi trên mỗi nguồn điện cho biết trị số của suất điện động của nguồn điện đó. Như đã biết số vôn này cũng là giá trị của hiệu điện thế giữa hai đầu của nguồn điện khi mạch hở. Vì vậy, suất điện động của nguồn điện có giá trị bằng hiệu điện thế giữa hai cực của nó khi mạch hở.

Trong mạch điện kín, dòng điện chạy qua mạch ngoài và cả mạch trong.

Như vậy, nguồn điện cũng là một vật dẫn và cũng có điện trở. Điện trở này được gọi là điện trở trong của nguồn điện. Vì vậy mỗi nguồn điện được đặc trưng bằng suất điện động ξ và điện trở trong r của nó.

VI. PIN và Acquy (Đọc thêm)

1. Pin điện hóa

Cấu tạo chung của các pin điện hóa là gồm hai cực có bản chất hóa học khác nhau, được ngâm trong chất điện phân (dung dịch axit, bazo hoặc muối …)

Do tác dụng hóa học, các cực của pin điện hóa được tích điện khác nhau và giữa chúng có một hiệu điện thế bằng giá trị của suất điện động của pin. Khi đó năng lượng hóa học chuyển thành điện năng dự trữ trong nguồn điện.

2. Acquy là nguồn điện hóa học hoạt động dựa trên phản ứng hóa học thuận nghịch: nó tích trữ năng lượng lúc nạp điện và giải phóng năng lượng này khi phát điện. 

Sơ đồ tư duy về dòng điện không đổi. Nguồn điện

Phương pháp giải bài tập về dòng điện không đổi

* Tính cường độ dòng điện, số electron đi qua một đoạn mạch

Sử dụng các công thức:

$I=\frac{q}{t}$ (q là điện lượng dịch chuyển qua đoạn mạch)

$N=\frac{q}{\left|e\right|}$ với $\left|e\right|=1,{6.10}^{-19}C$

* Tính suất điện động hoặc điện năng tích lũy của nguồn điện

Sử dụng công thức: $\xi =\frac{A}{q}$ ($\xi$ là suất điện động của nguồn điện)

Bài tập ví dụ:

Bài 1: Cường độ dòng điện chạy qua dây tóc bóng đèn là I = 0,5 A.

a) Tính điện lượng dịch chuyển qua tiết diện thẳng của dây tóc trong 10 phút?

b) Tính số electron dịch chuyển qua tiết diện thẳng của dây tóc trong khoảng thời gian trên?

Hướng dẫn giải

a)

Ta có: $I=\frac{q}{t}\Rightarrow q=I.t=0,\mathrm{5.10.60}=300C$

b)

Số electron dịch chuyển qua tiết diện thẳng của dây tóc trong khoảng thời gian trên là:

$N=\frac{q}{\left|e\right|}=\frac{300}{1,{6.10}^{-19}}=18,{75.10}^{20}$ (hạt)

Bài 2: Tính suất điện động của nguồn điện, biết rằng khi dịch chuyển một lượng điện tích ${3.10}^{-3}C$ giữa hai cực bên trong nguồn điện thì lực lạ thực hiện một công là 9 mJ.

Hướng dẫn giải

Suất điện động của nguồn điện là:

$\xi =\frac{A}{q}=\frac{{9.10}^{-3}}{{3.10}^{-3}}=3V$