Vật lí 11 [Chuyên đề] Dòng điện không đổi

[Triêu Dươngg]

[TẶNG BẠN] TRỌN BỘ Bí kíp học tốt 08 môn
Chắc suất Đại học top - Giữ chỗ ngay!!

ĐĂNG BÀI NGAY để cùng trao đổi với các thành viên siêu nhiệt tình & dễ thương trên diễn đàn.

[VẬT LÍ 11] CHUYÊN ĐỀ DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI​

A, Kiến thức cơ bản trọng tâm của chương dòng điện không đổi

1, Dòng điện và cường độ dòng điện:
a, Dòng điện

• Dòng điện là dòng các điện tích dịch chuyển có hướng
• Chiều quy ước của dòng điện là chiều dịch chuyển của các điện tích dương.
• Dòng điện không đổi là dòng điện có chiều và cường độ không thay đổi theo thời gian.

b, Cường độ dòng điện

• Cường độ dòng điện đặc trưng cho tác dụng mạnh yếu của dòng điện và được xác định bằng thương số giữa điện lượng [imath]\Delta q[/imath] dịch chuyển qua tiết diện thẳng của vật dẫn trong khoảng thời gian [imath]\Delta q[/imath]. Công thức tính [imath]\Delta I=\dfrac{\Delta q}{\Delta t}[/imath]
• Với dòng điện không đổi: [imath]I=\dfrac{q}{ t}[/imath]

2, Nguồn điện

• Nguồn điện là thiết bị để tạo ra và duy trì hiệu điện thế nhằm duy trì dòng điện trong mạch.
• Các lực lạ bên trong nguồn điện có tác dụng làm cho hai cực của nguồn điện được tích điện khác nhau và do đó duy trì hiệu điện thế giữa hai cực của nó.
• Suất điện động của nguồn điện đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện và được đo bằng công của lực lạ khi làm dịch chuyển một đơn vị điện tích dương ngược chiều điện trường bên trong nguồn điện: [imath]E=\dfrac{A}{ q}[/imath]
• Điện trở [imath]r[/imath] của nguồn điện được gọi là điện trở trong của nó.

3, Điện trở

• Điện trở là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện
• Công thức tính điện trở của dây kim loại hình trụ đồng chất: [imath]R=\rho \dfrac{l}{ S}[/imath]

*Ghép điện trở

Ghép nối tiếp​	Ghép song song​
[imath]\left\{\begin{matrix} R=R_1+R_2+R_3+...+R_n\\ U=U_1+U_2+U_3+...+U_n \\ I=I_1=I_2=I_3=...=I_n \end{matrix}\right.[/imath]	[imath]\left\{\begin{matrix} \dfrac{1}{R}=\dfrac{1}{R_1}+\dfrac{1}{R_2}+\dfrac{1}{R_3}+...+\dfrac{1}{R_n}\\ U=U_1=U_2=U_3=...=U_n \\ I=I_1+I_2+I_3+...+=I_n \end{matrix}\right.[/imath]

4, Đèn và các dụng cụ tỏa nhiệt

• Điện trở: [imath]R=\dfrac{U^2}{ P}[/imath]
• Dòng điện định mức: [imath]I_{dm}=\dfrac{P_{dm}}{ U_{dm}}[/imath]

Note: Để đèn sáng bình thường thì cường độ dòng điện qua đèn phải bằng giá trị [imath]I_{dm}[/imath]

5, Điện năng và công suất điện

Điện năng tiêu thụ của đoạn mạch: [imath]A=UIt[/imath]	Công suất tiêu thụ của đoạn mạch: [imath]P=\dfrac{A}{t}=UI[/imath]
Nhiệt lượng tỏa ra trên vật dẫn có điện trở là [imath]R[/imath]: [imath]Q=I^2Rt[/imath]	Công suất tỏa nhiệt trên vật dẫn có điện trở [imath]R[/imath]: [imath]P=\dfrac{Q}{t}=I^2R=\frac{U^2}{R}[/imath]
Công của nguồn điện: [imath]A_{ng}=EIt[/imath]	Công suất của nguồn điện: [imath]P=\dfrac{A_{ng}}{t}=EI[/imath]

6, Định luật Ôm cho toàn mạch

• Định luật Ôm toàn mạch: [imath]I=\dfrac{E}{R_N+r}[/imath]
• Hiệu điện thế giữa 2 cực của nguồn điện: [imath]U_N=E-Ir[/imath]
• Định luật Ôm cho đoạn mạch có nguồn điện đang phát: [imath]I=\dfrac{U+E}{R}[/imath]
• Hiệu suất của nguồn điện: [imath]H=\dfrac{U_N}{E}=\dfrac{R_N}{R_N+r}[/imath]

7, Ghép bộ nguồn:

Ghép nối tiếp [imath]n[/imath] nguồn giống nhau​	Ghép song song [imath]n[/imath] nguồn giống nhau​
[imath]\left\{\begin{matrix} E_b=E_1+E_2+E_3+...+E_n=nE\\ r_b=r_1+r_2+r_3+...+r_n=nr \end{matrix}\right.[/imath]	[imath]\left\{\begin{matrix} E_b=E\\ r_b=\dfrac{r}{n} \end{matrix}\right.[/imath] * Ghép thành [imath]n[/imath] dãy, mỗi dãy có [imath]m[/imath] nguồn: [imath]\left\{\begin{matrix} E_b=m.E\\ r_b=\dfrac{mr}{n} \end{matrix}\right.[/imath] Khi đó tổng số nguồn điện: [imath]N=m.n[/imath]

Còn nữa....
Xem thêm kiến thức:
Lớp 12: [Chuyên đề] Dao động điều hòa - Bài toán thời gian và Tổng hợp tất tần tật về dao động điều hòa
Lớp 11: [Chuyên đề] Điện tích điện trường
Lớp 10: [Chuyên đề] ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM và Chuyển động thẳng biến đổi đều
Lớp 9: [Chuyên đề] Điện từ học và [Chuyên đề] Điện học

 

[Triêu Dươngg]

B. Các dạng bài tập vận dụng

Dạng 1: Đại cương về dòng điện không đổi​

I, Lý thuyết

Vận dụng linh hoạt các công thức tính sau:

+ Suất điện động của nguồn điện: [imath]E=\dfrac{A}{ q}[/imath]

+ Cường độ dòng điện: [imath]I=\dfrac{\Delta q}{\Delta t}[/imath]

+ Mật độ dòng điện: [imath]i=\dfrac{I}{S}=\dfrac{\Delta q}{\Delta t.S}=\dfrac{N.|e|}{\Delta t.S}=\dfrac{N.|e|.d}{\Delta t.S.d}=\dfrac{N.|e|.d}{V.\Delta t}=nv|e|[/imath]

+ Số electron: [imath]n=\dfrac{\Delta q}{|e|}=\dfrac{It}{|e|}[/imath]

II, Bài tập vận dụng

Câu 1: Trong khoảng thời gian đóng công tắc để chạy một tủ lạnh thì cường độ dòng điện trung bình đo được là [imath]6A[/imath]. Khoảng thời gian đóng công tắc là [imath]0,5s[/imath]. Tính điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn nối với động cơ tủ lạnh.
Hướng dẫn giải:
Từ công thức: [imath]I=\dfrac{\Delta q}{\Delta t}\Rightarrow \Delta q=I\Delta t=6.0,5=3(C)[/imath]

Câu 2: Một bộ acquy có thể cung cấp một dòng điện [imath]4A[/imath] liên tục trong [imath]1[/imath] giờ thì phải nạp lại. Tính cường độ dòng điện mà acquy này có thể cung cấp nếu nó được sử dụng liên tục trong [imath]20[/imath] giờ thì phải nạp lại.
Hướng dẫn giải
Ta có: [imath]q=It= const \Leftrightarrow I_1t_1=I_2t_2\Rightarrow I_2=I_1.\dfrac{t_1}{t_2}=4.\frac{1}{20}=0,2(A)[/imath]

Câu 3: Một dòng điện không đổi có [imath]I=4,8A[/imath] chạy qua một dây kim loại tiết diện thẳng [imath]S=1 cm^2[/imath]. Tính vận tốc trung bình của chuyện động định hướng của electron. (Biết mật độ electron tự do [imath]n=3.10^{28} m^{-3}[/imath].
Hướng dẫn giải:
Ta có: [imath]I=\dfrac{ne}{t}\Rightarrow n=\dfrac{It}{e}=\dfrac{4,8.1}{1,6.10^{-19}}=3.10^{19}[/imath]
Lại có: [imath]i=\dfrac{I}{S}=nve \Rightarrow v=\dfrac{4,8}{3.10^{28}.1,6.10^{-19}.10^{-4}}=10^{-5}m/s[/imath]

Câu 4: Lực lạ thực hiện công [imath]1200 mJ[/imath] khi di chuyển một lượng điện tích [imath]50 mC[/imath] giữa hai cực bên trong nguồn điện.
a, Tính suất điện động của nguồn điện này.
b, Tính công của lực lạ khi di chuyển một lượng điện tích [imath]125 mC[/imath] giữa hai cực bên trong nguồn điện.
Hướng dẫn giải:
a, Suất điện động của nguồn: [imath]E=\dfrac{A}{q}=\dfrac{1,2}{5.10^{-2}}=24(V)[/imath]
b, Công của thực lạ: [imath]E=\dfrac{A}{q}\Rightarrow A=qE=125.10^{-3}.24=3(J)[/imath]

Còn nữa....
Xem thêm kiến thức:
Lớp 12: [Chuyên đề] Dao động điều hòa - Bài toán thời gian và Tổng hợp tất tần tật về dao động điều hòa
Lớp 11: [Chuyên đề] Điện tích điện trường
Lớp 10: [Chuyên đề] ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM và Chuyển động thẳng biến đổi đều
Lớp 9: [Chuyên đề] Điện từ học và [Chuyên đề] Điện học

 

[Triêu Dươngg]

Dạng 2: Điện trở - Định luật Ôm cho đoạn mạch chỉ có điện trở [imath]R[/imath]​

I, Lý thuyết

1, Điện trở

- Điện trở của dây dẫn kim loại hình trụ: [imath]R=\rho \dfrac{l}{S}[/imath]

- Điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ: [imath]R=R_0(1+\alpha t)[/imath] hay [imath]\rho =\rho _0(1+\alpha t)[/imath]

2, Định luật Ôm cho đoạn mạch chỉ có điện trở [imath]R[/imath]: [imath]I=\dfrac{U}{R}[/imath]

II, Bài tập vận dụng (phân bổ theo thứ thứ tự khó dần)

Câu 1: Một dây đồng có điện trở [imath]R_1=2\Omega[/imath] ở [imath]20^0C[/imath]. Sau một thời gian có dòng điện đi qua, nhiệt độ của dây đồng là [imath]74^0C[/imath]. Tính điện trở [imath]R_2[/imath] của dây đồng ở [imath]74^0C[/imath]. Cho biết hệ số nhiệt điện trở của đồng là [imath]\alpha =0,004K^{-1}[/imath].

Hướng dẫn giải:
Điện trở [imath]R_2[/imath] của dây đồng ở [imath]74^0C[/imath] là: [imath]R_2=R_1[1+\alpha (t_2-t_1)]\approx 2,4\Omega[/imath]

Câu 2: Đặt hiệu điện thế [imath]4,8V[/imath] vào hai đầu dây thép dài [imath]5m[/imath] tiết điện dều [imath]0,5mm^2[/imath] thì cường độ dòng điện trong dây thép là bao nhiêu? Biết điện trở suất của thép là [imath]12.10^{-8}\Omega m[/imath]

Hướng dẫn giải:
Điện trở của dây thép là: [imath]R=\rho \dfrac{l}{S}[/imath]
Cường độ dòng điện trong dây thép là [imath]I=\dfrac{U}{R}=\dfrac{U.S}{\rho .l}=4(A)[/imath]

Câu 3: Một thanh than và một thanh sắt có cùng tiết diện thẳng mắc nối tiếp. Tìm tỉ số chiều sàu của hai thanh để điện trở của mạch này không phụ thuộc vào nhiệt độ. Biết rằng:
Với than: [imath]\rho _1=4.10^{-5}\Omega m;\alpha _1=-0.8.10^{-3}K^{-1}[/imath]
Với sắt: [imath]\rho _2=1,2.10^{-7}\Omega m;\alpha _2=-6.10^{-3}K^{-1}[/imath]

Hướng dẫn giải:
Ở nhiệt độ [imath]t[/imath]: [imath]\left\{\begin{matrix} R_1=R_{01}(1+\alpha _1t)\\ R_2=R_{02}(1+\alpha _2t) \end{matrix}\right.[/imath]
Ta có: [imath]R_1ntR_2\Rightarrow R_{td}=R_1+R_2= (R_{01}R_{02})+(R_{01}\alpha _1+R_{02}\alpha _2)t[/imath]
Để [imath]R[/imath] không phụ thuộc vào nhiệt độ thì [imath]R_{01}\alpha _1+R_{02}\alpha _2=0[/imath]

hay [imath]\alpha _1\rho _1\dfrac{l_1}{S}+\alpha _2\rho _2\dfrac{l_2}{S}=0\Rightarrow \dfrac{l_2}{l_1}=-\dfrac{\alpha _1}{\alpha _2}.\dfrac{\rho _1}{\rho _2}=\dfrac{400}{9}[/imath]

Câu 4:

Cho đoạn mạch như hình, trên bóng đèn [imath]D[/imath] có ghi [imath]24V-0,8A[/imath], hiệu điện thế giữa hai điểm [imath]A[/imath] và [imath]B[/imath] được giữ không đổi [imath]U=32V[/imath]. a, Biết đèn sáng bình thường, tính điện trở của biến trở khi đó. b, Dịch chuyển con chạy của biến trở sao cho điện trở tăng 2 lần so với giá trị ban đầu, Khi đó cường độ dòng điện qua biến trở là bao nhiêu? Cường độ sáng của bóng đèn như thế nào? c, Hỏi dịch con chạy về phía nào thì đèn dễ bị cháy

Hướng dẫn giải:
a,
Đèn sáng bình thường [imath]\Rightarrow I=I_d=I_R=0,8A[/imath]
Điện trở của mạch là: [imath]R_{AB}=\dfrac{U_{AB}}{I}=\dfrac{32}{0,8}=40\Omega[/imath]
Điện trở của bóng đèn là: [imath]R_{d}=\dfrac{U_{d}}{I_{d}}=\dfrac{32}{24}=30\Omega[/imath]
Ta có: [imath]RntR_d\Rightarrow R_{AB}=R+R_d\Rightarrow R=40-30=10(\Omega )[/imath]
b,
Khi giá trị biến trở chỉ: [imath]R'=2R=20\Omega[/imath]
Điện trở toàn mạch lúc này: [imath]R_{AB}'=R_d+R'=30+20=50\Omega[/imath]
Cường độ dòng điện trong mạch là: [imath]I=\dfrac{U_{AB}}{R'_{AB}}=\dfrac{32}{50}=0,64(A)<0,8A[/imath]
[imath]\rightarrow[/imath] Đèn sáng yếu hơn mức bình thường
c,
Đèn sẽ dễ bị cháy nếu cường độ dòng điện qua nó lớn hơn giá trị cường độ dòng điện định mức.
Ta có: [imath]I=\dfrac{U}{R}[/imath]
Mà hiệu điện thế hai đầu mạch không đổi [imath]\rightarrow[/imath] nếu điện trở toàn mạch giảm xuống thì cường độ dòng điện sẽ tăng lên và lớn hơn cường độ định mức.
Lại có: [imath]R_{AB}=R_d+R[/imath] mà [imath]R_d[/imath] cũng không đổi.
[imath]\rightarrow[/imath] [imath]R[/imath] biến trở giảm [imath]\rightarrow[/imath] chiều dài [imath]l[/imath] giảm hay dịch chuyển con chạy sang trái.

Còn nữa....
Xem thêm kiến thức:
Lớp 12: [Chuyên đề] Dao động điều hòa - Bài toán thời gian và Tổng hợp tất tần tật về dao động điều hòa
Lớp 11: [Chuyên đề] Điện tích điện trường
Lớp 10: [Chuyên đề] ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM và Chuyển động thẳng biến đổi đều
Lớp 9: [Chuyên đề] Điện từ học và [Chuyên đề] Điện học