Hướng dẫn giải dạng bài tập công và công suất của dòng điện không đổi – mức độ vận dụng môn Vật Lý 11

GIẢI BÀI TẬP CÔNG VÀ CÔNG SUẤT CỦA DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI

– MỨC ĐỘ VẬN DỤNG

1. Bài tập 1: Một bóng đèn dây tóc có ghi 220V – 110W và một bàn là có ghi 220V – 250W cùng được mắc vào ổ lấy điện 220V của gia đình.

a) Tính điện trở tương đương của đoạn mạch này.

b) Hãy chứng tỏ rằng công suất P của đoạn mạch bằng tổng công suất của đèn và của bàn là.

c) Nếu đem bóng đèn trên mắc vào hiệu điện thể U = 110V thì dòng điện qua bóng và công suất toả nhiệt của bóng là bao nhiêu ?

Giải

a) Gọi điện trở của bóng đèn và bàn là lần lượt là R₁ và R₂.

Ta có:

R₁ = U_d² /P_d = 220²/110 = 440 Ω 

Và R₂ = U_bl² / P_bl = 220²/250 = 193, 6 Ω 

Vì bóng đèn và bàn là cùng mắc vào một nguồn nên chúng mắc song song.

Vậy điện trở tương đương của mạch là:

R = R₁.R₂/ (R₁ + R₂) = 1210/9 = 134,44 Ω

b) Khi mắc hai dụng cụ song song vào mạch điện có U = 220V thì mỗi dụng cụ tiêu thụ công suất đúng bằng giá trị định mức của nó nên P = P₁ + P₂ = 110 + 250 = 360W

Trong khi đó công suất của mạch là:

P = U₂ / R = 220₂/ (1210/9) = 360W ( dpcm)

c) Nếu đem bóng đèn mắc vào hiệu điện thế U = 110V thì dòng điện qua bóng đèn khi này là:

I₁ = U₁ / R₁ = 110 / 440 = 0,25 A

Công suất toả nhiệt của bóng đèn khi này là:

P₁ = U² / R₁ = 110²/440 = 27,5 W

2. Bài tập 2: Một bếp điện khi hoạt động bình thường có điện trở 80Ω và cường độ dòng điện qua bếp khi đó là 2,5 A.

a) Tính nhiệt lượng mà bếp tỏa ra trong thời gian 1 phút.

b) Dùng bếp điện trên để đun sôi 1,5 lít nước có nhiệt độ ban đầu là 250C thì thời gian đun sôi nước là 20 phút. Coi rằng nhiệt lượng cần thiết để đun sôi nước là có ích. Tính hiệu suất của bếp. Biết nhiệt dung riêng của nước là 4200 J/(kg.K), khối lượng riêng của nước d = 1000 kg/m³.

c) Mỗi ngày sử dụng bếp điện này 3 giờ. Tính tiền điện phải trả cho việc sử dụng bếp điện đó trong 30 ngày, nếu giá 1kWh điện là 2000 đồng.

Giải

a) Nhiệt lượng mà bếp toả ra trong thời gian 1 phút:

Q = I²Rt = 2,5².80.60 = 3.10⁴J

b) Nhiệt lượng mà bếp tiệu thụ trong 20 phút:

Q = I²Rt = 2,5².80.20.60 = 6.10⁵ J

+ Nhiệt lượng cần thiết để làm nước sôi:

Q_thu = m.c.(t₂ - t₁) = DVc.(t₂ - t₁) = 1000.1,5.10^-3.4200.(100 - 25) = 472500J

+ Hiệu suất của bếp:

H = Q_i / Q_tp. 100% = 472500/ 6.105 . 100% = 78,75%

c) Công suất toả nhiệt của bếp là:

P = I²R = 2,52. 80 = 500W = 0,5kW

+ Mỗi ngày sử dụng ấm 3h, do đó thời gian sử dụng của 30 ngày là 90h

+ Điện năng mà bếp tiêu thụ là:

A = P.t = 0,5.90 = 45kW.h

+ Vì giá 1kW.h điện là 2000 đồng nên số tiền phải trả trong 30 ngày là: 45.2000 0000 đồng

3. Bài tập 3: Dây nikêlin (điện trở suất ρ = 4,4.10^-7Ωm), chiều dài 1m, tiết diện 2mm² và dây nicrôm ( = 4,7.10^-7Ωm), chiều dài 2m, tiết diện 0,5mm² mắc nối tiếp vào một nguồn điện. Dây nào sẽ tỏa nhiệt nhiều hơn và nhiều gấp mấy lần?

Giải

Công suất tỏa nhiệt của dây nikêlin:

P₁ = R₁ . I²

Công suất tỏa nhiệt của dây nicrôm:

P₂ = R₂ . I²

Ta có:  R = ρl/S

=> P₂/ P₁ = R₂ / R₁ = 8,55

Vậy dây nicrôm sẽ tỏa nhiệt nhiều hơn và nhiều gấp 8,55 lần.

4. Bài tập 4: Bếp điện nối với hiệu điện thế U = 120V có công suất P = 600W được dùng để đun sôi 2 lít nước (c = 4200J/kg.độ) từ 20⁰C đến 100⁰C, hiệu suất bếp là 80%.

Tìm thời gian đun và điện năng tiêu thụ theo kWh.

Giải

Hiệu suất của bếp:

H = A/ A’ .100% = Q / P.t = 100% = 80% 

=> t = 1400s

Điện năng tiêu thụ:

A = P.t = 0,23 kWn

Vậy thời gian đun và điện năng tiêu thụ của bếp là t = 23,3 phút và A = 0,23 kWh.

5. Bài tâp 5: Cho mạch điện như hìnhh vẽ. Biết R = 4 Ω, đèn Đ ghi 6V - 3W, U_AB = 9 V không đổi, Rx là biến trở. Điện trở của đèn không đổi. Xác định giá trị của R_x để:

a) Đèn sáng bình thường.

b) Công suất tiêu thụ trên biến trở là lớn nhất. Tính công suất đó.

Giải

a) Đèn sáng bình thường nên:

U_DB = U_Rx = U_Đ = 6V

=> U_AD/ R = (U_AB – U_DB) / R = 0,75A

Mặt khác:

I_Rx = I- I_d = 0,25 A

=> R_x= U_DB / I_Rx = 24 Ω 

b) Đặt R_x = x.

Ta có: U_DB = U - U_AD = U – IR

=> P_xmax khi ( 3/ x + x) _min

Theo bất đẳng thức cô-si suy ra: x = 3Ω ⇒ P_x ≈ 3,8 W

6. Bài tập 6: Có mạch điện như hình vẽ. Hiệu điện thế hai đầu mạch là U = 12V. Các điện trở mạch ngoài: R₁ = 0,5; R₂ = 6Ω; R₃ = 12Ω. Điện trở R có giá trị thay đổi từ 0 đến vô cùng. Điện trở ampe kế không đáng kể.

a) Điều chỉnh R = 1,5Ω. Tìm số chỉ của ampe kế và công suất tỏa nhiệt của mạch AB.

b) Điều chỉnh R có giá trị bằng bao nhiêu thì công suất trên R đạt giá trị cực đại.

Giải

a) Điện trở tương đương của toàn mạch:

R_td = R₁ + R₂.R₃ / (R₂ + R₃) + R = 6Ω

Cường độ dòng điện mạch chính AB:

I = U/R = 12/6 = 2A 

Công suất mạch AB:

P_AB = I²_AB.R_AB = 22.6 = 24W

b) Công suất trên R:

P = I² . R

=> P_max = 12²/(9+9) = 8W

 => R = 4,5²/ R = 4,5 Ω

-------------

Trên đây là toàn bộ nội dung tài liệu Hướng dẫn giải bài tập công và công suất của dòng điện không đổi – mức độ vận dụng môn Vật Lý 11 năm 2020. Để xem thêm nhiều tài liệu hữu ích khác, các em đăng nhập vào trang hoc247.net để tải tài liệu về máy tính.

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.