Giải Vật Lý 11 Bài 9. Định luật ôm đối với toàn mạch

  • Bài 9. Định luật ôm đối với toàn mạch trang 1
  • Bài 9. Định luật ôm đối với toàn mạch trang 2
  • Bài 9. Định luật ôm đối với toàn mạch trang 3
  • Bài 9. Định luật ôm đối với toàn mạch trang 4
  • Bài 9. Định luật ôm đối với toàn mạch trang 5
9. ĐỊNH LUẬT ÔM ĐÓÌ VỚI TOÀN MẠCH
A. KIẾN THỨC CẦN NẮM VỮNG
Định luật ôm dôi với toàn mạch
Cường độ dòng điện chạy trong mạch điện kín ti lệ với suất điện động của nguồn điện và ti lệ nghịch với điện trở toàn phần của mạch đó.
I = -	(1) Với: RN là diện trở mạch ngoài (Q)
Rn I r
R là điện trỏ trong của nguồn điện (Q)
Hiện tượng doản mạch
Khi điện trở mạch ngoài không dáng kế (RẤ\ = 0) thì cường độ dòng diện chạy trong mạch rất lớn: I =	, ta nói nguồn diện bị đoản mạch.
r
Hiệu suất của nguồn điện
H = ApKh. = JkEk Jk ^H = ^-.100%
Ang “gTT ‘ễ’
Hình 9.1
Ta có: Suất điện động của nguồn điện và độ giảm điện thế mạch ngoài (1) => ‘ẵ’ = I(R + r) và Un = I.Rn = cễ- Ir
B. CÂU HỎI VẬN DỤNG
Cl. Trong thí nghiệm hình 9.1, mạch điện phải như thế nào để cường độ dòng điện I = 0 và tương ứng u = Uo?
Tại sao khi đó Uo có giá trị lớn nhất và bằng suất điện động 'ễ’ của nguồn điện: Uq =
Hướng dẫn
Để cường độ dòng điện I = 0 và tương ứng u = Uo thì khóa K phải ngắt làm cho mạch điện hở.
Lúc mạch điện hở thì số chỉ của vôn kế cho biết suất điện động của nguồn điện, tức là Uo = ‘ẵ’.
C2. Từ hệ thức Un = IRn =	- Ir, hãy cho biết trong những trường
hợp nào thì hiệu điện thế Uab giữa hai cực của nguồn điện bằng suất điện động ‘ẵ’ của nó.
Hướng dẫn
Hiệu điện thế Uab giữa hai cực của nguồn điện bằng suất điện động ‘ẩ’ của nó khi cường độ dòng điện 1 = 0.
C3. Một pin có số ghi trên vỏ là 1,5V và có điện trở trong là 1,OQ. Mắc một bóng đèn có ghi điện trở R = 4Q vào hai cực của pin này để thành mạch điện kín. Tính cường độ ding điện chạy qua đèn khi đó và hiệu điện thế giữa hai đầu của nó.
Hưởng dẫn
Cường độ dòng điện chạy qua đèn.
Theo định luật Ôm cho toàn mạch, ta có :
1 =	- = T~~7 = 0,3A.
RN + r 4 + 1
Hiệu điện thế giữa hai đầu bóng đèn:
u = I.R = 0,3.4 = 1,2V.
C4. Hãy cho biết vì sao sẽ rất nguy hiểm nếu hiện tượng đoản mạch xảy ra đôì với mạng điện ở gia đình. Biện pháp nào được sử dụng để tránh không xảy ra hiện tượng này?
Hướng dẫn
Nếu hiện tượng đoản mạch xảy ra đối với mạng điện ở gia đình thì sẽ rất nguy hiểm vì khi đó cường độ dòng điện có giá trị rất lớn, do tác dụng nhiệt của dòng điện mà dòng điện tỏa ra một nhiệt lượng lớn có hể làm nóng, cháy các thiết bị dùng điện và có thể gây ra hỏa hoạn.
Để tránh không xảy ra hiện tượng đoản mạch, người ta t. các cầu chì hoặc các thiết bị ngắt điện tự động khi dòng điện qua Ciiung tăng lên đột ngột.
C5. Từ công thức H =	= Urc.lt =	(.100%), hãy chứng tỏ
rằng trong trường hợp mạch ngoài chỉ gồm điện trở thuần RN thì hiệu suất của nguồn điện có điện trở trong r được tính bằng công thức:
H =	(.100%)
RN + r
Hướng dẫn
Khi mạch ngoài chỉ gồm điện trở thuần Rn thì:
JJ _ Aẹóích _ u _ IRN _ RN
A	I(Rn + r) ~ RN + r '
c. CÂU HỎI - BÀI TẬP
Định luật Ôm cho toàn mạch đề cập tới loại mạch điện kín nào? Phát biểu định luật và viết hệ thức biểu thị định luật đó.
Hưởng dẫn
Định luật Ôm cho toàn mạch đề cập tới loại mạch điện kín gồm nguồn điện có suất điện động ‘g’ và điện trở trong r mắc với mạch ngoài bao gồm các vật dẫn có điện trở tương đương RN. nối iền với hai cực của nguồn điện.
Phát biểu định luật: Cường độ dòng điện trong mạch kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần của mạch đó.
— Hệ thức biểu thị định luật: = I(Rn + r) hay I = — ——
RN+r
Độ giảm điện thế trên một đoạn mạch là gì? Phát biểu môì liên hệ giữa suất điện động của nguồn điện và các độ giảm điện thế của các đoạn mạch-trong mạch điện kín.
Hướng dẫn
Độ giảm điện thế trên một đoạn mạch là tích của cường độ dòng ,đfên với điện trở của đoạn mạch đó.
- Mối liên hệ: Suất điện động của nguồn điện có giá trị bằng tổng các độ giảm thế ở mạch ngoài và mạch trong.
Hiện tượng đoản mạch xảy ra khi nào và có thể gây ra những tác hại gì? Có cách nào để tránh được hiện tượng này?
Hưởng dẫn
Hiện tượng đoản mạch xảy ra khi điện trở mạch ngoài không đáng kể (Rn = 0) dẫn đến cường độ dòng điện chạy trong mạch rất lớn. Khi có hiện tượng đoản mạch thì sẽ làm nóng hoặc cháy các thiết bị dùng điện và có thể gây ra hỏa hoạn. Để tránh không xảy ra hiện tượng này, người ta thường mắc các cầu chì hoặc thiết bị ngắt điện tự động nhằm ngắt điện kịp thời khi hiện tượng đoản mạch xảy ra.
Trong mạch điện kín thì hiệu điện thế mạch ngoài Un phụ thuộc như thế nào vào điện trở Rn của mạch ngoài?
Un tăng khi Rn tăng.
Un tăng khi Rn giảm.
c. Un không phụ thuộc vào Rn.
D. Un lúc đầu giảm sau đó tăng dần khi Rn tăng dần từ 0 tới vô cùng.
Hướng dẫn
Chọn A. Un = IRn nên Un tăng khi Rn tăng.
Mắc một điện trở 14Q vào hai cực của một nguồn điện có điện trở trong là 1Q thì hiệu điện thế 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 của mạch ngoài và công suất của nguồn điện khi đó.
Hướng dẩn
Hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện chính là hiệu điện thế
mạch ngoài. Ta có Un = IRn => I =	= 0,6A.
Rn 14
Suất điện động của nguồn điện: ‘g’ = Un + Ir = 8,4 + 0,6.1 = 9V.
Công suất của mạch ngoài của nguồn điện: ^4 = RNI2 = 14.0,62 = 5,04W.
Công suất của nguồn điện: &n = EI = 9.0,6 = 5,4W.
Điện trở trong của một acquy là 0,06Q và trên vỏ của nó 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 suất tiêu thụ điện thực tế của bóng đèn khi đó.
Tính hiệu suất của nguồn điện trong trường hợp này.
Hướng dẫn
,	u2 122
Điện trở của bóng đèn: Ro = —— = —— = 28,8Q. p 5
,	p 5
Cường độ dòng điện định mức của bóng đèn: 1° = ỊJ = ^2 = 0>4167A
= 0,416A.
Cường độ dòng điện qua bóng đèn: I = —	 = ——	
R0 + r 28,8 + 0,06
Do I ~ lo nên bóng đèn gần như sáng bình thường.
Công suất tiêu thụ thực tế của bóng đền: p = RqI2 = 28,8.0,4162 = 4,98W.
Hiệu suất của nguồn điện:
28,8
—.100 = 99,98%. RN + r 28,8 + 0,06
_ A-có ích _ u _ IRn
A ■	“ I(Rn + r)
Nguồn điện có suất điện động là 3V và có điện trở trong là 2Q. Mắc song song hai bóng đèn như nhau có cùng điện trở là 6Q vào hai cực của nguồn điện này.
Tính công suất tiêu thụ điện của mỗi bóng đèn.
Nếu tháo bỏ một bóng đèn thì bóng đèn còn lại sáng mạnh hay yếu hơn so với trước đó.
Hướng dẫn
a) Do hai bóng đèn mắc song song nên điện trở tương đương của
6 mạch là:	Rn = A = 3Q.
OP	3
Cường độ dòng điện qua nguồn: I = ——— = —- - = 0,6A. Rj + r 3 + 2
Cường độ dòng điện qua mỗi bóng đèn: Ij + I2 = A - 0,3A.
2
Công suất tiêu thụ của mỗi bóng đèn: Pj = p2 = Rđli2 = 6.0,32 - 0,54W. b) Nếu tháo bỏ một bóng đèn thì điện trở của mạch ngoài là R = 6Q.
CP 3
Cường độ dòng điện qua bóng đèn: r = ——— = —— = 0,375A.
Ro + r 6 + 2
Vì I' = 0,375A > 11 = 0,3 A nên bóng đèn còn lại sẽ sáng mạnh hơn so với trước đó.