Giải bài tập Vật lý 11 Bài 9: Định luật Ôm đối với toàn mạch
§9. ĐỊNH LUẬT ÔM Đối VỚI TOÀN MẠCH A/ KIẾN THỨC Cơ BẢN 1. Định luật Ôm đốì với toàn mạch: Cường độ dòng điện chạy trong mạch điện kín tỉ, lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần của mạch đó. <F RN +r (1) với: RN là điện trở mạch ngoài (Q). r là điện trỏ trong của nguồn điện (Q). 2. Hiện tượng đoản mạch: Khi điện trở mạch ngoài không đáng kể (RN = 0) thì cường độ dòng pr điện chạy trong mạch rất lớn: I = —, ta nói nguồn điện bị đoản mạch. 3. Hiệu suất của nguồn điện: A có ích UN u. .100% ,lg <nt <r J Ta có: Suất điện động của nguồn điện và độ giảm điện thế mạch ngoài (1) => <ỹ = I(R + r) và Un = I.Rn = ỗ7 - Ir B/ CÂU HỎI TRONG BÀI HỌC Cp Trong thí nghiệm ở trên, mạch điện phải như thế nào đế’ cường độ dòng điện I = 0 và tương ứng u = Ư0? Tại sao khi đó Uo có giá trị lớn nhát và bằng suất điện động s của nguồn điện: Uo = <r? C2. Từ hệ thức Un = IRn = ‘S - I.r, hãy cho biết trong những trường hợp nào thì hiệu điện thế Uae giữa hai cực của nguồn điện bằng suàt điện động t‘ của nó? C3. Một pin có sô’ ghi trẽn vỏ là 1,5V và có điện trở trong là 1,OQ. Mắc một bóng đèn có điện trở R = 4£ỉ vào hai cực của pin này đế’ thành mạch điện kín. Tính cường độ dòng điện chạy qua đèn khi đó và hiệu điện thế giữa hai đầu ciíánó. C4. Hãy cho biết vì sao sẽ rất nguy hiểm nếu hiện tượng đoản mạch xảy ra đôi với mạng điện ở gia đình. Biện pháp nào được sử dụng đế’ tránh không xảy ra hiện tượng này? ^■C1. = UNIt A rTIt (Ị mạch ngoài chỉ gồm diện trở thuần Rn thì hiệu suâ’t của nguồn điện có điện trở trong r được tính bằng công thức: R„ C5. Từ công thức H = .100%. hãy chứng tỏ rằng, trong trường hợp li!— .100% RN+r Hướng dẫn giải Cp Trong thí nghiệm ở hình 9.2 sách giáo khoa, khi khóa k mở thì cường độ dòng điện I = 0 và u = U(). Vì mạch hở nên sô' chỉ của vôn kế lúc này có giá trị lớn nhất và bằng suất điện động rĩcủa nguồn: uo = c2. Từ hệ thức: Un = íĩ - Ir. Ta nhận thây khi mạch ngoài hở (1 = 0) hay điện trở trong của nguồn bằng không (r = 0) thì hiệu điện thế Uab giữa hai cực của nguồn điện bằng suất điện động 5 r Cường độ dòng điện qua đèn: = 0,3 (A) ĩ 1,5 r + R 1 + 4 Hiệu điện thế giữa hai đầu bóng đèn: UAB = R.I = 4.0,3 = 1,2 (V) c4. Mạng điện ở gia đình thường có hiệu điện thê lớn (220V), do đó khi bị đoản mạch cường độ dòng điện lớn có thế’ làm dây dẫn bốc cháy, có thế gây hỏa hoạn. Đế tránh nguy hiểm, người ta phải dùng cầu chì hoặc các rơle ở các mạch điện đế ngắt điện tự động khi cường độ dòng điện lớn hơn một giá trị cho trước. c5. Hiệu điện thế mạch ngoài: UN = RN.T Cường độ dòng điện qua mạch kín: 1 = — R.. + r N => rĩ = (Rn + r)I. Hiệu suất của nguồn điện: u Rĩ H = —^.100% = u T.100% ố (Rn + r).I UN H = -UT.100% H = -Jk-.100% . RN + r c/ CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP SAU BÀI HỌC Định luật Om đối với toàn mạch đề cập tới loại mạch điện kín nào? Phát biểu định luật và viết hệ thức biếu thị định luật đó. Độ giám điện thê trên một đoạn mạch là gì? Phát biếu môi quan hệ giừa suất điện động của nguồn điện và các độ giám điện thê cùa các (loạn mạch trong mạch điện kín. Hiện tượng đoản mạch xảy ra khi nào và có thế’ gây ra những tác hại gì? Có cách nào đế’ tránh dược hiện tượng này? Trong mạch điện kín. hiệu điện thế mạch ngoài Un phụ thuộc như thế nào vào điện trớ Rn cùa mạch ngoài? Un tăng khi Rx tăng. Un tăng khi Rn giám. c. Un không phụ thuộc vào R.\. D. Un lúc đầu giảm dán sau đó tàng dẩn khi Rn tàng dẩn từ 0 tới vô cùng. Mắc một điện trở 140 vào hai cực của một nguồn điện có điện trở trong là 1O thì hiệu điện thê giữa hai cực của nguồn điện này là 8,4V. Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch và suất điện động của nguồn điện. Tính công suất mạch ngoài và công suất cua nguồn điện khi đó. Điện trở trong của một acquy là 0.060 và trên vỏ của nó có ghi 12V. Mắc vào hai cực của acquy này một bóng đèn có ghi 12V - 5W. Hãy chứng tỏ rằng bóng đèn khi đó gần như sáng bình thường và tính công suâ’t tiêu thụ điện thực tế của bóng đèn khi đó. Tính hiệu suâ't của nguồn điện trong trường hợp này. Nguồn điện có suất điện động là 3V và có điện trở trong là 20. Mắc song song hai bóng đèn như nhau có cùng điện trở là 60 vào hai cực của nguồn điện này. Tính công suât tiêu thụ điện cứa mồi bóng đèn. Nếu tháo bỏ một bóng đèn thì bóng đèn còn lại sáng mạnh hay yếu hơn so với trước đó. Huớng dẫn giải Định luật Ôm đối với toàn mạch đề cập đến mạch điện kín gồm nguồn điện có suất điện động rĩ, có điện trở trong r và RN là điện trở tương đương của mạch ngoài bao gồm các vật dẫn nối liền với hai cực của nguồn điện. Định luật Ôm đôì với toàn mạch: Cường độ dòng điện chạy trong mạch điện kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần của mạch đó. Ịg- Biểu thức: I = ——— RN+r - Độ giảm điện thế trên đoạn mạch bằng tích của cường độ dòng điện và điện trở. Suất điện động của nguồn điện có giá trị bằng tổng các độ giảm điện thế ở mạch ngoài và mạch trong. S'= I.Rn + I.r » Hiện tượng đoản mạch xảy ra khi điện trở mạch ngoài không đáng kế (Rn = 0). Hiện tượng đoản mạch có thể làm cho dây dẫn bốc cháy, gây hỏa hoạn, để tránh nguy hiểm người ta phải dùng cầu chì hoặc rơle ở các mạch điện để ngắt điện tự động khi cường độ dòng điện lớn hơn một giá trị cho trước. A Hiệu điện thế mạch ngoài: 'N- Do đó khi Rn tăng thì 1 ■+ R>. giảm, UN tăng. Un — Rn-I = R Ta có R = 14Q, r = 1Q, Un = 8,4V ạ,r H a) Cường độ dòng điện qua mạch I = = 0,6 (A) R 14 Suất điện động của nguồn: s = (R + r)I = (14 + l).0,6 = 9 (V) b) Công suất mạch ngoài: ./N = UN.I = 8,4.0,6 = 5,04 (W). a) Điện trở bóng đèn: U. R= = 28,8 (Q). 122 Cường độ dòng điện định mức của bóng đèn: Idm= ~= — « 0.4167(A) Cường độ dòng điện qua đèn: 12 (ỉm I = - = —--“-^7,- = 0,4158 (A) « I R + r 28,8 + 0,06 Nên bóng đèn gần như sáng bình thường. Công suâ't tiêu thự điện thực tế của bóng đèn: - ./= R.I2 = 28,8.(0,4158)2 = 4,98 (W) b) Hiệu suất của nguồn điện H = ^ = —— = °8’8 ■ = 0,998 = 99,8 (%) & R + r 28,8 + 0,06 ^,r I- a) Điện trở tương đương của hai bóng đèn. + = ‘ĩ ■ = I = 3<£!) Cường độ dòng điện qua mạch chính. = 0,6 (A) RN.+r J 3 Cường độ dòng điện qua mỗi đèn: Ij = I2 = = 0,3 (A) 2 Công suâ't tiêu thụ của mồi đèn. ./i = ,/2 = Rn. I* = 6.(0,3)2 = 0,54 (W). Nếu tháo bỏ một bóng đèn thì điện trở mạch ngoài tăng lên, cường độ dòng điện qua đèn tăng lên, bóng đèn còn lại sáng mạnh hơn. Rn = Rb = 6(Q). = 0,375 (A) = IĐ I, = RN + r 3 Vậy cường độ dòng điện qua đèn là 0,375 (A) > 0,3 (A) nên đèn sáng mạnh hơn so với trước đó.