Lý thuyết Năng lượng điện. Công suất điện (Chân trời sáng tạo 2024) hay, chi tiết

Lý thuyết Năng lượng điện. Công suất điện (Chân trời sáng tạo 2024) hay, chi tiết | Vật Lí 11

Hoàng Ngân Ngày: 20-08-2024 Lớp 11

2 K

Với tóm tắt lý thuyết Vật Lí lớp 11 Bài 19: Năng lượng điện. Công suất điện sách Chân trời sáng tạo hay, chi tiết cùng với bài tập trắc nghiệm chọn lọc có đáp án giúp học sinh nắm vững kiến thức trọng tâm, ôn luyện để học tốt môn Vật Lí 11.

Lý thuyết Vật Lí lớp 11 Bài 19: Năng lượng điện. Công suất điện

A. Lý thuyết Năng lượng điện. Công suất điện

1. Năng lượng và công suất tiêu thụ điện của đoạn mạch

Năng lượng tiêu thụ điện của một đoạn mạch

Năng lượng tiêu thụ điện của một đoạn mạch bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch với cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch với thời gian dòng điện chạy qua: A = UIt

Trong hệ SI, năng lượng có đơn vị là jun (J).

Công suất tiêu thụ điện của một đoạn mạch

Công suất tiêu thụ điện của một đoạn mạch là năng lượng mà đoạn mạch tiêu thụ trong một đơn vị thời gian.

$P = \frac{A}{t} = U I$

Trong hệ SI, công suất có đơn vị là oát (W).

Trường hợp đoạn mạch là điện trở

Nhiệt lượng toả ra trên điện trở R được xác định bởi:

$Q = A = U I t = R I^{2} t = \frac{U^{2}}{R} t$

Công suất toả nhiệt được xác định bởi:

$P = U I = R I^{2} = \frac{U^{2}}{R}$

2. Năng lượng và công suất của một nguồn điện

Sự biến đổi năng lượng trong một nguồn đang phát điện

Một phần năng lượng của nguồn phát ra dòng điện cung cấp cho mạch ngoài, phần còn lại chuyển thành nhiệt lượng toả ra bên trong nguồn.

Công suất tiêu thụ điện của mạch ngoài: $P = \frac{A}{t} = E I - r I^{2}$

Năng lượng và công suất điện

Năng lượng toàn phần do nguồn điện sinh ra trên toàn mạch: $A_{0} = E I t$

Công suất của nguồn điện: $P_{0} = \frac{A_{0}}{t} = E I$

Hiệu suất của nguồn điện: $H = \frac{P}{P_{0}} = \frac{U}{E}$

B. Trắc nghiệm Năng lượng điện. Công suất điện

Câu 1: Một ấm điện có ghi 220 V – 1000 W có thể đun sôi 1,5 lít nước từ 20⁰C trong thời gian 10 phút. Tính hiệu suất của bếp. Biết nhiệt dung riêng của nước là c = 4200 J/(kg.K) và khối lượng riêng của nước là 1 g/cm³. Hiệu suất của bếp là

A. 72,5%.

B. 76,4%.

C. 84%.

D. 95%.

Hướng dẫn giải

Nhiệt lượng cung cấp cho 1,5 lít nước từ 20^oC đến sôi ở 100^oC là:

Q = mc∆t = 1,5.4200.(100-20) = 504 000 J

Điện năng tiêu thụ của bếp là: $A = P . t = 1000 . (10 .60) = 600000 J$

Hiệu suất của bếp là: $H = \frac{Q}{A} . 100 % = \frac{504000}{600000} . 100 % = 84 %$

Đáp án đúng là C

Câu 2.Đối với mạch điện kín dưới đây, thì hiệu suất của nguồn điện không được tính bằng công thức

A. $H = \frac{A_{ich}}{A_{nguon}} . 100 %$ .

B. $H = \frac{U_{N}}{E} . 100 %$ .

C. $H = \frac{R_{N}}{r + R_{N}} . 100 %$ .

D. $H = \frac{r}{R_{N}} . 100 %$ .

Hướng dẫn giải

Hiệu suất của nguồn điện là

$H = \frac{A_{ich}}{A_{nguon}} . 100 % = \frac{U_{N}}{E} . 100 % = \frac{R_{N}}{r + R_{N}} . 100 %$

Đáp án đúng là D.

Câu 3. Một mạch điện có 2 điện trở 6 Ω và 9 Ω mắc song song được nối với một nguồn điện có điện trở trong 0,4 Ω. Hiệu suất của nguồn điện là

A. 40%.

B. 60%.

C. 70%.

D. 90%.

Hướng dẫn giải

Điện trở tương đương của mạch ngoài là: $R_{N} = \frac{6 .9}{6 + 9} = 3, 6 Ω$

Hiệu suất của nguồn điện là $H= \frac{R_{N}}{r + R_{N}} = \frac{3, 6}{0, 4 + 3, 6} = 0, 9 = 90 %$

Đáp án đúng là D

Câu 4. Một nguồn điện có suất điện động E = 6 V, điện trở trong r = 2 Ω, mạch ngoài có điện trở R. Để công suất tiêu thụ ở mạch ngoài là 4 W thì điện trở R phải có giá trị

A. R = 1 (Ω).

B. R = 2 (Ω).

C. R = 3 (Ω).

D. R = 6 (Ω).

Hướng dẫn giải

Công suất tiêu thụ trên mạch ngoài

$P = U . I = I 2 . R = {(\frac{E}{r + R})}^{2} . R = {(\frac{6}{2 + R})}^{2} . R = 4 \Rightarrow (\begin{matrix} R = 1 Ω \\ R = 4 Ω \end{matrix})$

Đáp án đúng là A.

Câu 5. Một nguồn điện là acquy chì có suất điện động E = 12 V nối với mạch ngoài có điện trở R = 5 Ω thành mạch kín. Hiệu suất của nguồn điện H = 95%. Tính cường độ dòng điện trong mạch.

A. 2,86 A.

B. 2,28 A.

C. 2,68 A.

D. 2,26 A.

Hướng dẫn giải

Hiệu suất của nguồn là

$H = \frac{U}{E} = \frac{I . R_{N}}{E} = 95 % = 0, 95$

$\Rightarrow I = \frac{0, 95 . E}{R_{N}} = \frac{0, 95 .12}{5} = 2, 28 A$

Đáp án đúng là B

Câu 6. Một đoạn mạch có điện trở xác định với hiệu điện thế hai đầu không đổi thì trong 1 phút tiêu thụ 40 J điện năng. Thời gian để đoạn mạch này tiêu thụ hết một 1 kJ điện năng là

A. 25 phút.

B. $\frac{1}{40}$ phút.

C. 40 phút.

D. 10 phút.

Hướng dẫn giải

Đổi 1 kJ = 1000 J.

Thời gian để đoạn mạch này tiêu thụ hết một 1 kJ điện năng là: $t = \frac{1000}{40} = 25$ (phút).

Đáp án đúng là A.

Câu 7. Một đoạn mạch tiêu thụ có công suất 100 W, trong 12 phút nó tiêu thụ một năng lượng

A. 2000 J.

B. 5 J.

C. 120 kJ.

D. 72 kJ.

Hướng dẫn giải

Đổi 12 phút = 720 giây

Trong 12 phút đoạn mạch tiêu thụ một năng lượng là

A = P.t = 100.720 = 72000 (J) = 72 (kJ).

Đáp án đúng là D

Câu 8: Đặt một hiệu điện thế U = 18 V vào hai đầu điện trở R = 9 Ω thì công suất tiêu thụ của đoạn mạch là bao nhiêu?

A. 12 W.

B. 18 W.

C. 2 W.

D. 36 W.

Hướng dẫn giải

Áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch $I = \frac{U}{R}$ = 2 A

Áp dụng công thức tính công suất điện của một đoạn mạch là:

$P = UI = 18 .2 = 36 W$ .

Đáp án đúng là D.

Câu 9. Nhiệt lượng tỏa ra trong 2 phút khi một dòng điện 2A chạy qua một điện trở thuần 100 Ω là

A. 48 kJ.

B. 24 J.

D. 24000 kJ.

D. 400 J.

Hướng dẫn giải

Áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch $I = \frac{U}{R}$ = 2 A

Áp dụng công thức tính công suất điện của một đoạn mạch là:

$P = UI = 18 .2 = 36 W$ .

Đáp án đúng là D.

Câu 10. Cho mạch điện gồm hai điện trở nối tiếp mắc vào một nguồn điện, biết hiệu điện thế hai đầu điện trở R₁ là U₁ = 9V, R₁ = 15 Ω. Biết hiệu điện thế hai đầu R₂ là U₂ = 6V. Nhiệt lượng tỏa ra trên R₂ trong 5 phút là

A. 772 J.

B. 1440 J.

C. 1080 J.

D. 1200 J.

Hướng dẫn giải

Áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch chứa điện trở R₁, ta có $I_{1} = \frac{U_{1}}{R_{1}} = \frac{9}{15} = 0,6(A)$

Vì hai điện trở mắc nối tiếp nên I = I₁ = I₂ = 0,6 A

Áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch chứa điện trở R₂.

Ta có $I_{2} = \frac{U_{2}}{R_{2}} \Rightarrow R_{2} = \frac{U_{2}}{I_{2}} = \frac{6}{0, 6} = 10 (Ω)$

Nhiệt lượng tỏa ra trên R₂ trong 2 phút là $Q = I_{2}^{2} . R_{2} . t = 0, 6^{2} . 10 . (5 .60) = 1080 J$

Đáp án đúng là C.

Câu 11. Một nguồn điện có suất điện động 12 V và điện trở trong 0,2 (Ω) được mắc với điện trở 4,8 (Ω) thành mạch kín. Nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở mạch ngoài trong thời gian 30 phút là

A. 49777,4 J.

B. 94776,4 J.

C. 49766,4 J.

D. 76489,4 J.

Hướng dẫn giải

Cường độ dòng điện trong mạch là $I = \frac{E}{r + R} = \frac{12}{0, 2 + 4, 8} = 2, 4 A$

Nhiệt lượng tỏa ra trong thời gian 30 phút là

Q = I².R.t = 2,4².4,8.(30.60) = 49766,4 J

Đáp án đúng là C

Câu 12. Một mạch điện gồm 2 nguồn ghép nối tiếp, mỗi nguồn có suất điện động và điện trở trong lần lượt là 4,5V và 1 W. Bộ nguồn được nối với 2 điện trở mắc nối tiếp có giá trị lần lượt là 6 W và 7 W. Nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở R₁ trong thời gian 5 phút là