Giải bài tập SGK Vật lý 11 Nâng cao Bài 12: Điện năng và công suất điện. Định luật Jun-len-xơ

Chọn phương án đúng.

Theo định luật Jun Len-xơ, nhiệt lượng toả ra trên dây dẫn

A. tỉ lệ với cường độ dòng điện qua dây dẫn.

B. tỉ lệ với bình phương cường độ dòng điện.

C. tỉ lệ nghịch với bình phương cường độ dòng điện.

­­D. tỉ lệ với bình phương điện trở dây dẫn.

Phương pháp giải

Dựa vào công thức tính công suất: P=RI² để tìm ra sự phụ thuộc của nhiệt lượng và cường độ dòng điện

Hướng dẫn giải

- Theo công thức tính công suất P=RI²

⇒ nhiệt lượng toả ra trên dây dẫn tỉ lệ với bình phương cường độ dòng điện.

- Chọn B

Tổ hợp các đơn vị đo lường nào dưới dây không tương đương với đơn vị công suất trong hệ SI?

A. J/s                    B. A.V              

C. A².Ω                 D. Ω²/V

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi này cần nắm được các đơn vị đo lường của công suất

Hướng dẫn giải

- Tổ hợp đơn vị tương đương với đơn vị công suất (W) trong hệ SI là: J/s; A²Ω; A.V và đơn vị Ω²/ V không tương đương.

- Chọn D

Hai bóng đèn có công suất định mức lần lượt là 25W và 100W đều làm việc bình thường ở hiệu điện thế 110V. Hỏi:

a) Cường độ dòng điện qua bóng đèn nào lớn hơn?

b) Điện trở của bóng đèn nào lớn hơn?

c) Có thể mắc nối tiếp hai bóng đèn này vào mạng điện có hiệu điện thế 220V được không? Đèn nào sẽ dễ hỏng (cháy)?

Phương pháp giải

a) Áp dụng công thức: I=P/U để tính cường độ dòng điện của mỗi đèn

b) Áp dụng công thức: R=U²/P để tính điện trở của mỗi đèn

c) Tính cường độ dòng điện của mạch khi hai đèn mắc nối tiếp theo công thức:

\(I = \frac{U}{{{R_{{N_1}}} + {R_{{N_2}}}}}\)

Hướng dẫn giải

a) Đèn Đ₁ (110V, 25W) hoạt động bình thường có:

\({I_1} = \frac{{{P_1}}}{{{U_1}}} = \frac{{25}}{{110}} = 0,23\left( A \right)\)

Đèn Đ₂ (110V, 100W) hoạt động bình thường có:

\({I_2} = \frac{{{P_2}}}{{{U_2}}} = \frac{{100}}{{110}} = 0,91\left( A \right)\)

\( \Rightarrow {I_2} > {I_1}\)

b)  So sánh điện trở của hai đèn

\(\begin{array}{l} {R_{{N_1}}} = \frac{{{U_1}^2}}{{{P_1}}} = \frac{{{{110}^2}}}{{25}} = 484\left( {\rm{\Omega }} \right)\\ {R_{{N_2}}} = \frac{{{U_2}^2}}{{{P_2}}} = \frac{{{{110}^2}}}{{100}} = 121\left( {\rm{\Omega }} \right)\\ \Rightarrow {R_{{N_1}}} > {R_{{N_2}}} \end{array}\)

c) Khi mắc nối tiếp 2 bóng đèn vào mạng điện 220V thì dòng điện qua 2 đèn bằng nhau:

\(I = \frac{U}{{{R_{{N_1}}} + {R_{{N_2}}}}} = \frac{{220}}{{484 + 121}} = 0,36\left( A \right)\)

Ta có I > I₁ và I < I₂ . 

Do đó, đèn Đ₁ sáng hơn bình thường và đèn Đ₂ sáng mờ, do đó đèn Đ₁ dễ hỏng hơn.

Hai bóng đèn có các hiệu điện thế định mức lần lượt là U₁= 10V và U₂=220V. Tìm tỉ số các điện trở của chúng nếu công suất định mức của hai bóng đó bằng nhau.

Phương pháp giải

- Áp dụng công thức tính công suất: P=U²/R cho mỗi đèn

- Cho công suất của hai đèn bằng nha, ta rút ra được tỉ số của điện trở là:

\(\frac{{{R_1}}}{{{R_2}}} = \frac{{{U_1}^2}}{{{U_2}^2}}\)

Hướng dẫn giải

- Hai bóng đèn có các hiệu điện thế định mức U1= 110V, U2= 220V và công suất định mức bằng nhau, ta có :

P₁=P₂

- Suy ra:

\(\frac{{{U_1}^2}}{{{R_1}}} = \frac{{{U_2}^2}}{{{R_2}}} \Rightarrow \frac{{{R_1}}}{{{R_2}}} = \frac{{{U_1}^2}}{{{U_2}^2}} = {\left( {\frac{{110}}{{220}}} \right)^2} = \frac{1}{4}\)

Để bóng đèn loại 120V – 60W sáng bình thường ở mạng điện có hiệu điện thế là 220V, người ta mắc nối tiếp với nó một điện trở phụ R. Tìm điện trở phụ đó.

Phương pháp giải

- Tính cường độ dòng điện theo công thức: I=P/U

- Áp dụng công thức: U_AM=U_AB−U_MB để tính hiệu điện thế qua điện trở

- Áp dụng công thức: R=U/I để tính điện trở

Hướng dẫn giải

Ta có mạch điện như hình vẽ:

- Đèn Đ (120V, 60W) sáng bình thường nên:

U_MB= 120V và I=P/U=60/120=0,5(A)

=>U_AM=U_AB−U_MB=220−120=100V

Vậy  R=U_AM/I=100/0,5=200(Ω)