Vật lí 11 Cánh diều Bài 3: Nguồn điện, năng lượng điện và công suất điện

1.1.1. Suất điện động của nguồn điện

Suất điện động của nguồn điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện, được đo bằng thương số giữa công A do nguồn điện thực hiện làm dịch chuyển một điện tích dương q bên trong nguồn điện từ cực âm đến cực dương và độ lớn của điện tích đó.

\(E = \frac{A}{q}\)

Đơn vị của suất điện động là vôn, kí hiệu là V

1.1.2. So sánh suất điện động và hiệu điện thế

- Suất điện động là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện và được đo bằng công của nguồn điện dịch chuyển một điện tích đơn vị theo một vòng kín của mạch điện.

- Hiệu điện thế giữa hai điểm A và B là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của điện trường tạo ra bởi nguồn điện và được đo bằng công làm một đơn vị điện tích dịch chuyển từ điểm A đến điểm B.

Như vậy, khi mạch ngoài hở thì suất điện động của nguồn điện có giá trị bằng hiệu điện thế giữa hai cực của nó.

1.1.3. Điện trở trong và hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện

Hình 3.1. Sơ đồ mạch điện để tìm mối liên hệ giữa E, r và R

Mỗi nguồn điện được đặc trưng bằng suất điện động E và điện trở trong r.

\({\rm{E}} = {U_R} + {U_r}\) hay \({U_R} = E - {U_r} = IR\)

- Do nguồn điện có điện trở trong r nên hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn luôn nhỏ hơn suất điện động của nó khi mạch điện kín. Lượng \({U_r} = {\rm{E}} - {U_R}\) được gọi là độ giảm thế trong.

1.2.1. Năng lượng điện

Năng lượng điện tiêu thụ của đoạn mạch được đo bằng công của lực điện thực hiện khi dịch chuyển các điện tích:

A = qU = UIt

1.2.2. Công suất điện

Công suất tiêu thụ năng lượng điện của đoạn mạch là năng lượng điện mà đoạn mạch tiêu thụ trong một đơn vị thời gian, được tính bằng 

\(P = \frac{A}{t} = UI\)

Đơn vị công suất là oát, kí hiệu là W.

1.2.3. Công và công suất của nguồn điện

Công của nguồn điện:

\({A_n} = Eq = EIt\)

Công suất của nguồn điện:

\({P_n} = \frac{{{A_n}}}{t} = EI\)

Có thể dùng đồng hổ do diện da năng dể do suất diện động và diện trở trong của pin hoặc acquy theo sơ đồ mạch điện như ở Hình 3.2

Hình 3.2

Áp dụng biểu thức, ta có:

\(U = {U_{MN}} = E - {{\rm{U}}_{\rm{r}}} = E - {\rm{Ir}}\)

Sau đây là hai phương án thường dùng để đo suất điện động và điện trở trong của pin.

1.3.1. Phương án 1

- Điểu chỉnh biển trở đến hai vị trí bất kỉ. Đọc các số đo trong ứng ở vôn kế và ampe kể U₁, I₁, và U₂, I₂.

- Lập hệ phương trình:

U₁ = E - I₁r

U2 = E - I2r

- Từ hai phương trình trên, tính được E và r

1.3.2. Phương án 2

- Dựa vào đồ thị biểu diễn liên hệ

U = E - Ir

- Đo các giá trị của U và I.

- Vẽ đồ thi

- Vẽ đồ thị biểu diễn liên hệ U = E - Ir với trục nằm ngang biểu thị các giá trị của I, trục thẳng đứng biểu thị các giá trị của U.

- Kéo dài đô thị này thì giao điểm với trục thẳng đứng cho ta giá trị của E.

- Chọn hai điểm trên đồ thị, xác định các giá trị U và I tương ứng với hai điểm này, ta sẽ tính được điện trở trong bằng biểu thức:

\(r = \frac{{\Delta U}}{{\Delta I}}\)

Trong đó, \(\Delta U = {U_2} - {U_1},\Delta I = {I_2} - {I_1}.\)

Ví dụ 1: Cường độ dòng điện được đo bằng

A. Vôn kế     

B. Lực kế      

C. công tơ điện     

D.ampe kế

Hướng dẫn giải

Cường độ dòng điện được đo bằng: ampe kế

Đáp án D

Ví dụ 2: Một điện lượng 5.10⁻³C dịch chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong khoảng thời gian 2s. Tính cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn này?

Hướng dẫn giải

Cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn này là:

\(\begin{array}{l}
I = \frac{q}{t} = \frac{{{{5.10}^{ - 3}}}}{2}\\
 = 2,{5.10^{ - 3}}A\\
 = 2,5mA
\end{array}\)

Học xong bài này các em cần biết:

- Định nghĩa được suất điện động qua năng lượng dịch chuyển một diện tích đơn vị theo vòng kín.

- So sánh được suất điện động và hiệu điện thế.

- Mô tả được ảnh hưởng của điện trở trong của nguồn điện lên hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn.

- Nêu được năng lượng điện tiêu thụ của đoạn mạch được đo bằng công của lực điện thực hiện khi dịch chuyển các điện tích, công suất tiêu thụ năng lượng điện của một đoạn mạch là năng lượng điện mà đoạn mạch tiêu thụ trong một đơn vị thời gian.

- Tính được năng lượng điện và công suất tiêu thụ năng lượng điện của đoạn mạch. 

- Thảo luận để thiết kế phương án hoặc lựa chọn phương án và thực hiện phương án, đo được suất điện động và điện trở trong của pin hoặc acquy (battery hoặc accumulator) bằng dụng cụ thực hành.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lí 11 Cánh diều Bài 3 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật lí 11 Cánh diều Bài 3 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Mở đầu trang 97 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Giải Câu hỏi 1 trang 98 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Giải Câu hỏi 2 trang 98 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Luyện tập 1 trang 99 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Giải Câu hỏi 3 trang 99 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Giải Câu hỏi 4 trang 100 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Giải Câu hỏi 5 trang 100 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Tìm hiểu thêm trang 100 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Luyện tập 2 trang 101 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Giải Câu hỏi 6 trang 101 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Luyện tập 3 trang 101 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Luyện tập 4 trang 101 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Giải Câu hỏi 7 trang 102 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Luyện tập 5 trang 103 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Vận dụng trang 103 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!