Học tốt Vật lí 11 bài 9: Định luật Ôm đối với toàn mạch

A/ TRẢ LỜI CÂU HỎI C1, C2, C3, C4, C5 SGK VẬT LÝ 11 BÀI 5 TRANG 26
C1. Trong thí nghiệm ở trên, mạch điện phải như thế nào để cường độ dòng điện I = 0 và tương ứng U = U₀?
Tại sao khi đó U_o có giá trị lớn nhất và bằng suất điện động của nguồn điộn: U₀ = E?
Trả lời
Trong thí nghiệm ở hình 9.2 sách giáo khoa, khi khóa k mở thì cường độ dòng điện I = 0 và U = U₀.
Vì mạch hở nên số chỉ của vôn kế lúc này có giá trị lớn nhất và bằng suất điện động E của nguồn: U₀ = E.

C2. Từ hệ thức: U_N=I.RN= E – I.r, hãy cho biết trong những trường hợp nào thì hiệu điện thế U giữa hai cực của nguồn điện bằng suất điện động E nó?
Trả lời:
Từ hệ thức: U_N = E – I.r
Ta nhận thấy khi mạch ngoài hở (I = 0) hay điện trở trong của nguồn bằng không (r = 0) thì hiệu điện thế U_AB giữa hai cực của nguồn điện bằng suất điện động E.

C3. Một pin có số ghi trên vỏ là 1,5V và có điện trở trong là 1,0 Ω. Mắc một bóng đèn có điện trở R=4Ω vào hai cực của pin này để thành mạch điện kín. Tính cương độ dòng điện chạy qua đèn khi đó và hiệu điện thế giữa hai đầu của nó.
Trả lời:

Cường độ dòng diện qua đèn:
I =  =  = 0,3 (A)
Hiệu điện thế giữa hai đầu bóng đèn:
U_AB = R.I = 4.0,3 = 1,2 (V)
Đáp số: I = 0,3 (A); U_AB = 1,2 (V)

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:
Mạng điện ở gia đình thường có hiệu điện thế lớn (220V), đo dó khi bị đoản mạch cường độ dòng điện lớn có thể làm dây dẫn bốc cháy, có thể gây hỏa hoạn, để tránh nguy hiểm, người ta phải dùng cầu chì hoặc các rơle ở các mạch điện để ngắt điện tự động khi cường độ dòng điện lớn hơn một giá trị cho trước.
C5. Từ công thức: H =  =  = .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%
Giải
Hiệu điện thế mạch ngoài: U_N = R_N .1
Cường độ dòng điện qua mạch kín:
I =  
=> E = (R_N+r)I
Hiệu suất của nguồn điện:
H =  .100% = .100%
H = .100%
H =  .100%

B/ TRẢ LỜI CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP SGK VẬT LÝ 11 BÀI 9 TRANG 28, 29
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:
1. Định luật Ôm đối với toàn mạch đề cập đến mạch điện kín gồm nguồn điện có suất điện động E có điện trở trong r và R_N là điện trở tương đương của mạch ngoài bao gồm các vật dẫn nối liền với hai cực của nguồn diện.
Định luật Ôm đối với toàn mạch:
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.
- Biểu thức: I =  

2. Độ giảm điện thế trên một đoạn mạch là gì? Phát biểu mối quan hệ giữa suất điện động của nguồn diện và các độ giảm điện thế của các đoạn mạch trong mạch điện kín.
Trả lời:
- Độ giảm điện thế trên đoạn mạch bằng tích của cường độ dòng điện và điện trở.
- Suất điện động của nguồn điện có giá trị bằng tổng các độ giảm điện thế ở mạch ngoài và mạch trong.
E = I.R_N + I.r

3. 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?
Trả lời:
Hiện tượng đoản mạch xảy ra khi diện trở mạch ngoài không đáng kể (Rn = 0). Hiện tượng đoản mạch có thể làm cho dây dẫn bốc cháy, gây hỏa hoạn, để tránh nguy hiểm người ta phải dùng cầu chì hoặc rơle ở các mạch điện để ngắt điện tự động khi cường độ dòng điện lớn hơn một giá trị cho trước.

4. Trong mạch điện kín, hiệu điện thế mạch ngoài U_N phụ thuộc như thế nào vào điện trở R_N của mạch ngoài?
A. U_N tăng khi R_N tăng.
B. U_N tăng khi R_N giảm.
C. U_N không phụ thuộc vào R_N.
D. U_N lúc đầu giảm dần sau đó tăng dần khi R_N tăng dần từ 0 tới vô cùng.
Đáp án: A
Hiệu điện thế mạch ngoài
U_N = R_N.I = R_N. =  
Do đó khi R_N tăng thì  giảm, U_N tăng.

5. Mắc một điện trở 140 vào hai cực của một nguồn điện có điện trở trong là IQ thì hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện này là 8,4V.
a) Tính cuờng 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. 
Giải:

Ta có: R = 14.r = 1.U_N = 8,4V
Cường độ dòng điện qua mạch
I =  =  = 0,6 (A)
Suất điện động của nguồn
E = (R + r)I = (14+1).0,6 = 9 (V)
b) Công suất mạch ngoài
P_N = U_N .I = 8,4.0,6 = 5,04 (W)
Đáp số: I = 0,6 (A); E = 9 (V); P_N = 5,04 (W)

6. Điện trở trong của một ắcquy là 0,06Q và trên vỏ của nó có ghi 12V. Mắc vào hai cực của acquy này một bóng đèn có ghi 12V - 5W.
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.
Giải:
Điện trở bóng đèn:
R =  =  = 28,8 (Ω)
Cường độ dòng điện định mức của bóng đèn
I_đm =  =  = 0,4167 (A)
Cường độ dòng điện qua đèn:
I =  =  = 0,4158 (A) ≈ I_đm
Nên bóng đèn gần như sáng bình thường
Công suất tiêu thụ điện thực tế của bóng đèn
P = R.I² = 28,8.(0,4158)² = 4,98 (W)
b) Hiệu suất của nguồn điện
H =  =  =  = 0,998 = 99,8%

7. Nguồn điện có suất diện động là 3V và có điện trở trong là 2Ω. Mắc song song hai bóng đèn như nhau có cùng điện trở là 6Ω 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 hay yếu hơn so với trước đó.
Giải:

Điện trở tương đương của hai bóng đèn
R_N =  =  = 3 (Ω).
Cường độ dòng điện qua mạch chính
I =  =  = 0,6 (A)
Cường độ dòng điện qua mỗi đèn
I₁ = I₂ =  = 0,3 (A)
Công suất tiêu thụ của mỗi đèn
P₁ = P₂ = R_Đ.I₁² = 6.(0,3)² = 0,54 (W)
b) Nếu tháo bỏ một bóng đèn thì điện trở mạch ngoài tăng lên, cường độ dòng điện qua đèn tăng lên, bóng đèn còn lại sáng mạnh hơn.
R_N = R_Đ = 6Ω. 
I₁ = =  = 0,375 (A) = I_Đ
Vậy cường độ dòng điện qua đèn là 0,375 (A) > 0,3 (A) nên đèn sáng mạnh hơn so với trước đó.