SBT Vật lí 11 Bài 9: Định luật Ôm đối với toàn mạch | Giải SBT Vật lí lớp 11

Giải SBT Vật lí 11 Bài 9: Định luật Ôm đối với toàn mạch

Bài 9.1 trang 24 SBT Vật Lí 11: Đối với mạch điện kín gồm nguồn điện với mạch ngoài là điện trở thì cường độ dòng điện chạy trong mạch

A. Tỉ lệ thuận với điện trở mạch ngoài.

B. Giảm khi điện trở mạch ngoài tăng.

C. Tỉ lệ nghịch với điện trở mạch ngoài.

D. Tăng khi điện trở mạch ngoài tăng.

Phương pháp giải:

Sử dụng định luật Ôm với toàn mạch: $U=E-I(R+r)$

Lời giải:

Đối với mạch điện kín gồm nguồn điện với mạch ngoài là điện trở thì cường độ dòng điện chạy trong mạch giảm khi điện trở mạch ngoài tăng.

Chọn đáp án: B

Bài 9.2 trang 24 SBT Vật Lí 11: Hiện tượng đoản mạch của nguồn điện xảy ra khi

A. Sử dụng các dây dẫn ngắn để mắc mạch điện.

B. Nối hai cực của một nguồn điện bằng dây dẫn có điện trở rất nhỏ.

C. Không mắc cầu chì cho một mạch điện kín.

D. Dùng pin hay acquy để mắc một mạch điện kín.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về hiện tượng đoản mạch.

Lời giải:

Hiện tượng đoản mạch của nguồn điện xảy ra khi nối hai cực của một nguồn điện bằng dây dẫn có điện trở rất nhỏ.

Chọn đáp án: B

Bài 9.3 trang 24 SBT Vật Lí 11: Điện trở toàn phần của toàn mạch là

A. Toàn bộ các điện trở của nó.

B. Tổng trị số các điện trở của nó.

C. Tổng trị số các điện trở mạch ngoài của nó.

D. Tổng trị số của điện trở trong và điện trở tương đương của mạch ngoài của nó

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về điện trở toàn phần của mạch điện.

Lời giải:

Điện trở toàn phần của toàn mạch là tổng trị số của điện trở trong và điện trở tương đương của mạch ngoài của nó.

Chọn đáp án: D

Bài 9.4 trang 24 SBT Vật Lí 11: Cho mạch điện có sơ đồ như Hình 9.1. Suất điện động ξ của nguồn bằng tích của cường độ dòng điện I nhân với giá trị điện trở nào dưới đây ?

A. 12Ω                        B. 11Ω

C. 1,2Ω                       D. 5Ω

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về điện trở của toàn mạch.

Lời giải:

Mạch gồm: $R_1$ Nt $(R_2//R_3)$

$R_{tđ}=r+R_1+\frac{R_2{R}_3}{R_2+R_3}=1+2+\frac{3.6}{3+6}=5\mathrm{\Omega }$

Chọn đáp án: D

Bài 9.5 trang 24 SBT Vật Lí 11: Đối với toàn mạch thì suất điện động của nguồn điện luôn có giá trị bằng

A. Độ giảm điện thế mạch ngoài.

B. Độ giảm điện thế mạch trong.

C. Tổng các độ giảm điện thế ở mạch ngoài và mạch trong.

D. Hiệu điện thế giữa hai cực của nó.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về định luật ôm cho toàn mạch.

Lời giải:

Ta có: Đối với toàn mạch thì suất điện động của nguồn điện luôn có giá trị bằng tổng các độ giảm điện thế ở mạch ngoài và mạch trong.

Chọn đáp án: C

Bài 9.6 trang 25 SBT Vật Lí 11: Một bộ pin được mắc vào một biến trở. Khi điện trở của phần biến trở mắc trong mạch là 1,65 Ω thì hiệu điện thế ở hai đầu của nó là 3,3V; còn khi điện trở là 3,5 Ω thì hiệu điện thế là 3,5V. Suất điện động của bộ pin này là

A. 2V    B. 1V    C. 3V    D. 3,7V

Lời giải:

Chọn D

Bài 9.7 trang 25 SBT Vật Lí 11: Cho mạch điện có sơ đồ như trên Hình 9.2, trong đó nguồn điện có suất điện động E = 12 V và có điện trở trong rất nhỏ, các điện trở ở mạch ngoài là R1 = 3 Ω, R2 = 4 Ω và R3 = 5 Ω.

a) Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch.

b) Tính hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở $R_2$ ?

c) Tính công của nguồn điện sản ra trong 10 phút và công suất toả nhiệt ở điện trở ?

Phương pháp giải:

+ Sử dụng biểu thức tính cường độ dòng điện: $I=\frac{E}{R}$

+ Sử dụng biểu thức tính công: $A=EIt$

Lời giải:

a)  Mạch gồm $R_{1}Nt{R}_{2}Nt{R}_3$

Cường độ dòng điện chạy trong mạch.

$I=\frac{E}{R_{tđ}}=\frac{E}{R_1+R_2+R_3}=1A$

b) hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở $R_2$: 

$U_2=I{R}_2=4V.$

c) Đổi t = 10 phút = 600s

Công nguồn điện sản ra trong 10 phút: $A_{ng}=EIt=7200J$

Công suất tỏa nhiệt trên điện trở R3 là: $P=I^2{R}_3=5W.$ 

Bài 9.8 trang 25 SBT Vật Lí 11: Khi mắc điện trở R1 = 4 Ω vào hai cực của một nguồn điện thì dòng điện trong mạch có cường độ I1 = 0,5 A. Khi mắc điện trở R2 = 10 Ω thì dòng điện trong mạch là I2 = 0,25 A. Tính suất điện động E và điện trở trong r của nguồn điện.

Phương pháp giải:

Sử dụng định luật Ôm dưới dạng: $U_N=IR=E-Ir$

Lời giải:

Áp dụng định luật Ôm dưới dạng $U_N=IR=E-Ir$ ta được hai phương trình :

            $2=E–0,5r$               (1)

           $2,5=E–0,25r$          (2)

Giải hệ hai phương trình này ta tìm được suất điện động và điện trở trong của nguồn điện là :

$E=3V$;      $r=2\Omega .$

Bài 9.9 trang 25 SBT Vật Lí 11: Một điện trở R1 được mắc vào hai cực của một nguồn điện có điện trở trong r = 4 Ω thì dòng điện chạy trong mạch có cường độ là I1 = 1,2 A. Nếu mắc thêm một điện trở R2 = 2 Ω nối tiếp với điện trở R1 thì dòng điện chạy trong mạch có cường độ là I2 = 1 A. Tính trị số của điện trở R1.
Phương pháp giải:
Sử dụng định luật Ôm : $E=I(R_N+r)$

Lời giải:

Ta có: $E=I(R_N+r)$

E không đổi

=> $I_1(R_1+r)=I_2(R_2+r)$

<=> $1,2(R_1+4)=1(R_1+2+4)$

=> $R_1=6\Omega$

Trị số của điện trở $R_1$ là: $6\mathrm{\Omega }$

Bài 9.10 trang 25 SBT Vật Lí 11: Khi mắc điện trở R1 = 500 Ω vào hai cực của một pin mặt trời thì hiệu điện thế mạch ngoài là U1 = 0,10 V. Nếu thay điện trở R1 bằng điện trở R2 = 1 000 Ω thì hiệu điện thế mạch ngoài bây giờ là U2 = 0,15 V.

a) Tính suất điện động E và điện trở trong r của pin này.

b) Diện tích của pin là S = 5 cm2 và nó nhận được năng lượng ánh sáng với công suất trên mỗi xentimét vuông diện tích là w = 2 mW/cm2. Tính hiệu suất H của pin khi chuyển từ năng lượng ánh sáng thành nhiệt năng ở điện trở ngoài R2.

Phương pháp giải:

Sử dụng định luật Ôm với toàn mạch: $U=E-Ir$

Lời giải:

a) Áp dụng định luật Ôm dưới dạng:

$U_N=E-\mathrm{I}\mathrm{r}=E-\frac{U_N}{R}r$

Từ các số liệu của đầu bài ta đi tới hai phương trình là:

$0,1=E-0,0002r$    và    $0,15=E-0,00015r$

Nghiệm của hệ hai phương trình này là :

$E=0,3V$ và $r=1000\Omega$

b) Pin nhận được năng lượng ánh sáng với công suất là

$p_{tp}=wS=0,01W={10}^{-2}W$

Công suất toả nhiệt ở điện trở R2 là $P_{nh}=2,{25.10}^{-5}W.$

Hiệu suất của sự chuyển hoá từ năng lượng ánh sáng thành nhiệt năng trong trường hợp này là :     

$H=\frac{P_{nh}}{P_{tp}}=2,{25.10}^{-3}=0,225$

Bài 9.11 trang 26 SBT Vật Lí 11: Một điện trở R = 4 Ω được mắc vào nguồn điện có suất điện động E = 1,5 V để tạo thành mạch điện kín thì công suất toả nhiệt ở điện trở này là P = 0,36 W.

a) Tính hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở R.

b) Tính điện trở trong của nguồn điện.

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức tính công suất: \(P =I^2R\)

Lời giải:

a)

Ta có:

$P=I^{2}R=4I^2=0,36W\to I=0,3A$

Hiệu điện thế giữa hai đầu điện trở R là:

$U=IR=0,3.4=1,2V$

b)

Ta có: $U=E–Ir$

Điện trở trong của nguồn điện là:

$r=\frac{E-U}{I}=\frac{1,5-1,2}{0,3}=1\Omega .$

Bài 9.12 trang 26 SBT Vật Lí 11: Một nguồn điện có suất điện động E = 2 V và điện trở trong r = 0,5 Ω được mắc với một động cơ thành mạch điện kín. Động cơ này nâng một vật có trọng lượng 2 N với vận tốc không đổi v = 0,5 m/s. Cho rằng không có sự mất mát vì toả nhiệt ở các dây nối và ở động cơ.

a) Tính cường độ dòng điện I chạy trong mạch.

b) Tính hiệu điện thế giữa hai đầu của động cơ.

c) Trong các nghiệm của bài toán này thì nghiệm nào có lợi hơn ? Vì sao ?

Phương pháp giải:

+ Sử dụng biểu thức tính công suất:

+ Sử dụng định luật Ôm với toàn mạch:  $U=E-Ir$$P=UI$

Lời giải:

a) Công suất mạch ngoài : $P=UI=Fv$    (1)

trong đó F là lực kéo vật nặng và v là vận tốc của vật được nâng.

Mặt khác theo định luật Ôm: $U=E-Ir$, kết hợp với (1) ta đi tới hệ thức :

$IE–I^{2}r=Fv$

Thay các giá trị bằng số, ta có phương trình : $I^2–4I+2=0.$

Vậy cường độ dòng điện trong mạch là một trong hai nghiệm của phương trình này là :

$I_1=2+\sqrt{2}\approx 3,414A$

  và

$I_2=2-\sqrt{2}\approx 0,586A$

b) Hiệu điện thế giữa hai đầu động cơ là hiệu điện thế mạch ngoài và có hai giá trị tương ứng với mỗi cường độ dòng điện tìm được trên đày. Đó là :

$U_1=\frac{P}{I_1}\approx 0,293V$

  và 

$U_2=\frac{P}{I_2}\approx 1,707V$

c) Trong hai nghiệm trên đây thì trong thực tế, nghiệm I2, U2 có lợi hơn vì dòng điện chạy trong mạch nhỏ hơn, do đó tổn hao do toả nhiệt ở bẽn trong nguồn điện sẽ nhỏ hơn và hiệu suất sẽ lớn hơn.