Vật lí 11 Bài 9: ĐỊNH LUẬT ÔM ĐỐI VỚI TOÀN MẠCH

Triêu Dươngg · 13 Tháng tám 2022

VẬT LÍ 11- CHƯƠNG II- Bài 9: ĐỊNH LUẬT ÔM ĐỐI VỚI TOÀN MẠCH
Phần 1: LÝ THUYẾT SGK VÀ CÁC CÂU HỎI LIÊN QUAN

I. Thí nghiệm

*Khái niệm toàn mạch

Toàn mạch là mạch điện kín đơn giản nhất có sơ đồ như hình [imath]9.1[/imath] (Hình bên). Trong đó nguồn điện có suất điện có suất điện động [imath]E[/imath] và có điện trở trong [imath]r[/imath], còn [imath]R_N[/imath] là điện trở tương đương của mạch ngoài bao gồm các vật dẫn nối liền hai cực của nguồn điện.

II. Định luật ôm đối với toàn mạch

+ Suất điện động có giá trị bằng tổng các độ giảm điện thế ở mạch ngoài và mạch trong.
Công thức tính: [imath]E=I(R_N+r)=IR_N+Ir[/imath]
+ 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.
Công thức tính: [imath]I=\dfrac{E}{R_N+r}[/imath]

C1:

Trong thí nghiệm hình [imath]9.2[/imath] trang [imath]50[/imath] SGK, mạch điện phải như thế nào để cường độ dòng điện [imath]I = 0[/imath] và tương ứng [imath]U = U_0[/imath]?

Taị sao [imath]U_0[/imath] có giá trị lớn nhất và bằng suất điện động [imath]E[/imath] của nguồn điện?

Trả lời:
+ Khi mạch ngoài để hở hoặc mạch ngoài có điện trở vô cùng lớn thì cường độ dòng điện [imath]I = 0[/imath] và tương ứng [imath]U = U_0[/imath]
+ Ta có: [imath]U=IR= E-Ir[/imath] nên khi [imath]I=0[/imath] thì [imath]U=U_0=E=U_{max}[/imath]

C2: Từ hệ thức: [imath]U_N=I.R_N=E-Ir[/imath], hãy cho biết trong những trường hợp nào thì hiệu điện thế [imath]U[/imath] giữa hai cực của nguồn điện bằng suất điện động [imath]E[/imath] của nó?
Trả lời:
+ Khi điện trở trong của nguồn điện bằng không ([imath]r = 0[/imath]);
+ Khi cường độ dòng điện trong mạch bằng không ([imath]I = 0[/imath]) nếu điện trở ngoài [imath]R_N[/imath] rất lớn.

C3: Một pin có số ghi trên vỏ là [imath]1,5 V[/imath] và có điện trở trong là [imath]1,0 \Omega[/imath] . Mắc một bóng đèn có điện trở [imath]R = 4 \Omega[/imath] vào hai cực của pin này để thành mạch điện kín. Tính cường độ dòng điện chạy qua đèn khi đó và hiệu điện thế giữa hai đầu của nó.
Trả lời:
+ Cường độ dòng điện qua đèn là: [imath]I=\dfrac{E}{R_N+r}=0,3(A)[/imath]
+ Hiệu điện thế giữa hai đầu bóng đèn là: [imath]U=IR=1,2V[/imath]

III, Nhận xét

1, Hiện tượng đoản mạch

+ Cường độ dòng điện trong mạch kín đạt giá trị lớn nhất khi [imath]R_N = 0[/imath]. Khi đó ta nói rằng nguồn điện bị đoản mạch và: [imath]I=\dfrac{E}{r}[/imath]

C4: Hãy cho biết vì sao rất nguy hiểm nếu để xảy ra hiện tượng đoản mạch xảy ra đối với mạng điện ở gia đình. Biện pháp nào được sử dụng để tránh không xảy ra hiện tượng này?
Trả lời:
+ Sẽ rất nguy hiểm nếu xảy ra hiện tượng đoạn mạch đối với mạng điện gia đình vì khi đó cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn điện và các thiết bị điện rất lớn sẽ làm hư hỏng thiết bị và thậm chí gây cháy nổ các thiết bị đó dẫn đến gây nguy hiểm đến tính mạng con người.
+ Biện pháp phòng tránh:

Mỗi thiết bị điện cần sử dụng công tắc riêng:
Tắt các thiết bị điện (rút phích cắm) ngay khi không còn sử dụng:
Nên lắp cầu chì ở mỗi công tắc, nó có tác dụng ngắt mạch ngay khi cường độ dòng điện qua cầu chì quá lớn

2, Định luật ôm đối với toàn mạch và định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng

+ Chứng minh và kết luận: định luật ôm đối với toàn mạch hoàn toàn phù hợp với định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng.

3, Hiệu suất của nguồn điện

+ Khi hoạt động, công suất toàn phần của nguồn ([imath]P_{tp}=EI[/imath]), điện trở trong [imath]r[/imath] của nguồn cũng tiêu thụ điện năng do sự tỏa nhiệt, đó là phần hao phí ([imath]P_{hp}=I^2r[/imath]). Phần cung cấp cho mạch ngoài là có ích ([imath]P_{ci}=P_{tp}-P_{hp}[/imath]). Đại lượng cho biết nguồn hao phí nhiều hay ít là hiệu suất nguồn.
+ Công thức tính: [imath]H=\dfrac{P_{ci}}{P_{tp}}=\dfrac{P_{tp}-P_{hp}}{P_{tp}}=\dfrac{EI-I^2r}{EI}=\dfrac{E-Ir}{E}=\dfrac{U_N}{E} (*)[/imath]

C5: Từ công thức [imath](*)[/imath] hãy chứng minh rằng trong trường hợp mạch ngoài chỉ gồm điện trở thuần [imath]R_N[/imath] thì hiệu suất nguồn điện có điện trở trong [imath]r[/imath] được tính bằng công thức: [imath]H=\dfrac{R_N}{R_N+r}[/imath]
Trả lời:
Ta có: [imath]U_N=IR_N[/imath] và [imath]E=I(R_N+r)[/imath]
Vậy thay vào công thức tính hiệu suất nguồn điện ta có: [imath]H=\dfrac{U_N}{E}=\dfrac{IR_N}{I(R_N+r)}=\dfrac{R_N}{R_N+r}(dpcm)[/imath]

Xem thêm:
Bài 1: ĐIỆN TÍCH - ĐỊNH LUẬT CU-LÔNG
Bài 2: THUYẾT ÊLECTRON. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH
BÀI 7: DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI - NGUỒN ĐIỆN
Bài 8: ĐIỆN NĂNG - CÔNG SUẤT ĐIỆN
[Chuyên đề] Dòng điện không đổi
[Chuyên đề] Điện tích điện trường

Triêu Dươngg · 13 Tháng tám 2022

Phần 2: CHỮA BÀI TẬP SGK

Câu 1: Định luật ôm đối với toàn mạch đề cập tới loại mạch điện kín nào? Phát biểu định luật và viết hệ thức biểu thị định luật đó.
Trả lời:
+ Định luật ôm đối với toàn mạch đề cập tới loại mạch điện kín đơn giản nhất gồm nguồn điện có suất điện động [imath]E[/imath] và điện trở trong [imath]r[/imath], mạch ngoài gồm các vật dẫn có điện trở tương đương [imath]R_N[/imath]
+ Phát biểu định luật: 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.
+ Hệ thức biểu thị định luật : [imath]I=\dfrac{E}{R_N+r}[/imath]

Câu 2: Độ giảm điện thế trên một đoạn mạch là gì ? Phát biểu mối quan hệ giữa suất điện động của nguồn điện và các độ giảm điện thế của các đoạn mạch trong mạch điện kín.
Trả lời:
+ Độ giảm điện thế trên một đoạn mạch là tích của cường độ dòng điện chạy trong mạch với điện trở của mạch: [imath]U_N = I.R_N[/imath]
+ Mối quan hệ giữa suất điện động của nguồn điện và các độ giảm điện thế của các đoạn mạch trong mạch điện kín: [imath]E=IR_N+Ir[/imath]
[imath]\Rightarrow[/imath] Suất điện động của nguồn điện có giá trị bằng tổng các độ giảm điện thế ở mạch ngoài và mạch trong.

Câu 3: Hiện tượng đoản mạch xảy ra khi nào và có thể gây ra các tác hại gì? Có cách nào để tránh được hiện tượng này?
Trả lời:
+ Hiện tượng đoản mạch xảy ta khi nối hai cực của một nguồn điện bằng một dây dẫn có điện trở rất nhỏ . Khi đó dòng điện trong mạch có cường độ rất lớn và có hại
+ Biện pháp phòng tránh:

Mỗi thiết bị điện cần sử dụng công tắc riêng;
Tắt các thiết điện (rút phích cắm) ngay khi không còn sử dụng;
Nên lắp cầu chì ở mỗi công tắc, nó có tác dụng ngắt mạch ngay khi cường độ dòng điện qua cầu chì quá lớn

Câu 4: Chọn câu trả lời đúng.
Trong mạch điện kín, hiệu điện thế mạch ngoài [imath]U_N[/imath] phụ thuộc như thế nào vào điện trở [imath]R_N[/imath] của mạch ngoài?
A. [imath]U_N[/imath] tăng khi [imath]R_N[/imath] tăng
B. [imath]U_N[/imath] giảm khi [imath]R_N[/imath] giảm
C. [imath]U_N[/imath] không phụ thuộc vào [imath]R_N[/imath]
D. [imath]U_N[/imath] lúc đầu giảm, sau đó tăng dần khi [imath]R_N[/imath] tăng dần từ [imath]0[/imath] đến vô cùng.
Trả lời: Chọn A
Ta có: [imath]U_N=IR_N=\dfrac{E}{R_N+r}.R_N=\dfrac{E}{1+\dfrac{r}{R_N}}[/imath]
Vậy khi [imath]R_N[/imath] tăng thì [imath]1+\dfrac{r}{R_N}[/imath] giảm do đó [imath]U_N[/imath] tăng

Câu 5: Mắc một điện trở [imath]14 \Omega[/imath] vào hai cực của một nguồn điện có điện trở trong là [imath]1 \Omega[/imath] thì hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn là [imath]8,4 V[/imath].
a) Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch và suất điện động của nguồn điện.
b) Tính công suất mạch ngoài và công suất của nguồn điện khi đó.
Trả lời:
a) Cường độ dòng điên trong mạch là: [imath]I=\dfrac{U_N}{R}=0,6(A)[/imath]
Suất điện động của nguồn điện là: [imath]E=U_N+Ir=9(V)[/imath]
b) Công suất mạch ngoài là: [imath]P_m=UI=5,04(W)[/imath]
Công suất của nguồn điện là: [imath]P_n=EI=5,4(W)[/imath]

Câu 6: Điện trở trong của một Acquy là [imath]0,06 \Omega[/imath] và trên vỏ của nó có ghi [imath]12 V[/imath]. Mắc vào hai cực của Acquy này một bóng đèn có ghi [imath]12 V- 5 W[/imath]
a) 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.
b) Tính hiệu suất của nguồn điện trong trường hợp này.
Trả lời:
a) Bóng đèn có: [imath]\left\{\begin{matrix} U_{dm}=12(V)\\P_{dm}=5(W) \\R=\dfrac{U_{dm}^2}{P_{dm}}=28,8(\Omega ) \end{matrix}\right.[/imath]
+ Cường độ dòng điện chạy qua đèn là: [imath]I=\dfrac{E}{R+r}=0,41589(A)[/imath]
+ Hiệu điện thế hai đầu bóng điện khi này là: [imath]U=IR=11,975(V)[/imath]
+ Giá trị này gần bằng hiệu điện thế định mức ghi trên bóng đèn, nên ta sẽ thấy đèn sáng gần như bình thường.
+ Công suất tiêu thụ của bóng đèn khi này là: [imath]P = U.I = 11,975.0,4158 =4,98 (W)[/imath]
b) Hiệu suất của nguồn điện là: [imath]H=\dfrac{U}{E}=99,8%[/imath]

Câu 7: Nguồn điện có suất điện động là [imath]3 V[/imath] và có điện trở trong là [imath]2 \Omega[/imath] . Mắc song song hai bóng đèn như nhau có cùng điện trở là [imath]6 \Omega[/imath] vào hai cực của nguồn điện này.
a) Tính công suất tiêu thụ điện của mỗi bóng đèn .
b) Nếu tháo bỏ một bóng đèn thì bóng đèn còn lại sáng mạnh hơn hay yếu hơn so với trước đó.
Trả lời:
a) Điện trở tương đương của hai bóng đèn là: [imath]R_N=\dfrac{R_{d_1}.R_{d_2}}{R_{d_1}+R_{d_2}}=3\Omega[/imath]
+ Cường độ dòng điện trong mạch là: [imath]I=\dfrac{E}{R+r}=0,6(A)[/imath]
+ Vì hai đèn giống nhau mắc song song nên cường độ dòng điện qua mỗi đèn là: [imath]I_{d_1}=I_{d_2}=\dfrac{I}{2}=0,3(A)[/imath]
+ Công suất tiêu thụ của mỗi bóng đèn là: [imath]P_{d_1}=P_{d_2}=I_{d_1}^2R_{d_1}=0,54(W)[/imath]
b) Nếu tháo bỏ một bóng đèn (giả sử tháo bỏ đèn 2):
+ Cường độ dòng điện trong mạch là: [imath]I'=\dfrac{E}{R+r}=0,375(A)=I_{d_1}'[/imath]
+ Công suất tiêu thụ của bóng đèn 1 khi đó là: [imath]P_{d_1}=I_{d_1}'^2R_{d_1}=0,84(W)[/imath]
Vậy đèn còn lại sẽ sáng hơn lúc trước.

Xem thêm:
Bài 1: ĐIỆN TÍCH - ĐỊNH LUẬT CU-LÔNG
Bài 2: THUYẾT ÊLECTRON. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH
BÀI 7: DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI - NGUỒN ĐIỆN
Bài 8: ĐIỆN NĂNG - CÔNG SUẤT ĐIỆN
[Chuyên đề] Dòng điện không đổi
[Chuyên đề] Điện tích điện trường

Triêu Dươngg · 13 Tháng tám 2022

Phần 3: CHỮA BÀI TẬP SBT

9.1: 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.
Trả lời: Chọn [imath]B[/imath]
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.

9.2: 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.
Trả lời: Chọn [imath]B[/imath]
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.

9.3: 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
Trả lời: Chọn [imath]D[/imath]
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.

9.4:

Cho mạch điện có sơ đồ như Hình [imath]9.1[/imath]. Suất điện động [imath]E[/imath] của nguồn bằng tích của cường độ dòng điện [imath]I[/imath] nhân với giá trị điện trở nào dưới đây ?
A. [imath]12\Omega[/imath]
B. [imath]11\Omega[/imath]
C. [imath]1,2\Omega[/imath]
D. [imath]5\Omega[/imath]

Trả lời: Chọn [imath]D[/imath]
Mạch gồm: [imath]R_1\ nt\ (R_2\ // \ R_3)[/imath]
[imath]\Rightarrow R_{td}=r+R_1+\dfrac{R_2R_3}{R_2+R_3}=5\Omega[/imath]

9.8: Khi mắc điện trở [imath]R_1 = 4 \Omega[/imath] vào hai cực của một nguồn điện thì dòng điện trong mạch có cường độ [imath]I_1 = 0,5 A[/imath]. Khi mắc điện trở [imath]R_2 = 10 \Omega[/imath] thì dòng điện trong mạch là [imath]I_2 = 0,25 A[/imath]. Tính suất điện động [imath]e[/imath] và điện trở trong [imath]r[/imath] của nguồn điện.
Trả lời:
Áp dụng định luật ôm dưới dạng: [imath]U_N=E-Ir[/imath] ta được hệ phương trình: [imath]\left\{\begin{matrix} 2=E-0,5r\\ 2,5=E-0,25r \end{matrix}\right.\Rightarrow \left\{\begin{matrix} E=3V\\r=2\Omega \end{matrix}\right.[/imath]

9.12: Một nguồn điện có suất điện động [imath]E = 2 V[/imath] và điện trở trong [imath]r = 0,5 \Omega[/imath] được mắc với một động cơ thành mạch điện kín. Động cơ này nâng một vật có trọng lượng [imath]2 N[/imath] với vận tốc không đổi [imath]v = 0,5 m/s[/imath]. 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 ?
Trả lời:
a) Công suất mạch ngoài là: [imath]P=UI=Fv\Leftrightarrow (E-Ir)I=Fv[/imath]
Thay số vào biểu thức trên ta được: [imath]I^2-4I+2=0\Rightarrow I=2\pm \sqrt{2}[/imath]
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:
+ Với [imath]I_1=2+\sqrt{2}\Rightarrow U_1=\dfrac{P}{I_1}=0,293(V)[/imath]
+ Với [imath]I_2=2-\sqrt{2}\Rightarrow U_2=\dfrac{P}{I_2}=1,707(V)[/imath]
c) Trong hai nghiệm trên đây thì trong thực tế, nghiệm [imath]I_2, U_2[/imath] 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.

Xem thêm:
Bài 1: ĐIỆN TÍCH - ĐỊNH LUẬT CU-LÔNG
Bài 2: THUYẾT ÊLECTRON. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH
BÀI 7: DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI - NGUỒN ĐIỆN
Bài 8: ĐIỆN NĂNG - CÔNG SUẤT ĐIỆN
[Chuyên đề] Dòng điện không đổi
[Chuyên đề] Điện tích điện trường

Tìm kiếm

Tìm kiếm

Vật lí 11 Bài 9: ĐỊNH LUẬT ÔM ĐỐI VỚI TOÀN MẠCH

Triêu Dươngg

Cựu Phụ trách nhóm Vật lí

Triêu Dươngg

Cựu Phụ trách nhóm Vật lí

Triêu Dươngg

Cựu Phụ trách nhóm Vật lí