Giải Vật Lí 11 Bài 8: Điện năng

Giải Vật Lí 11 Bài 8: Điện năng - Công suất điện

Nguyễn Thị Kim Anh Ngày: 13-05-2022 Lớp 11

1.7 K

Tailieumoi.vn giới thiệu Giải bài tập Vật Lí lớp 11 Bài 8: Điện năng - Công suất điện chính xác, chi tiết nhất giúp học sinh dễ dàng làm bài tập Điện năng - Công suất điện lớp 11.

Giải bài tập Vật Lí lớp 11 Bài 8: Điện năng - Công suất điện

Trả lời câu hỏi giữa bài

Trả lời câu C1 trang 46 SGK Vật lí 11: Hãy cho biết đơn vị tương ứng của đại lượng có mặt trong công thức (8.1) $A = U q = U . I t$

Phương pháp giải:

Sử dụng lí thuyết về đơn vị của các đại lượng
Lời giải:

$A = U q = U I t$

Đơn vị của các đại lượng trong công thức trên là:

+ Công A: Jun (J)

+ Hiệu điện thế U: Vôn (V)

+ Điện tích q: Culong (C)

+ Cường độ dòng điện I: Ampe (A)

+ Thời gian t: giây (s)

Trả lời câu C2 trang 46 SGK Vật lí 11: Hãy nêu các tác dụng mà dòng điện có thể gây ra :

Lời giải:

Các tác dụng của dòng điện:

*Tác dụng nhiệt (bàn ủi, bếp điện…);

*Tác dụng hóa học (điện phân);

*Tác dụng sinh lý (điện giật, chữa bệnh, châm cứu..);

*Tác dụng từ (làm lệch kim nam châm) là tác dụng cơ bản của dòng điện.

*Tác dụng quang (làm đèn điện phát sáng)

Trả lời câu C3 trang 46 SGK Vật lí 11: Dụng cụ gì dùng để đo điện năng tiêu thụ? Mỗi số đo của dụng cụ đó có giá trị bao nhiêu jun (J)?

Lời giải:

Dùng công tơ điện để đo điện năng tiêu thụ điện.

Mỗi số đo của công tơ điện là:

1kWh = 1000W x 3600s = 3,6.106J

Trả lời câu C4 trang 47 SGK Vật lí 11: Hãy cho biết đơn vị tương ứng của các đại lượng tương ứng có mặt trong công thức (8.2):

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

Lời giải:

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

Đơn vị của các đại lượng trong công thức trên là:

+Công suất P: Oát (W)

+ Công A: Jun (J)

+ Thời gian t: giây (s)

+ Hiệu điện thế U: Vôn (V)

+ Cường độ dòng điện I: Ampe (A)

Trả lời câu C5 trang 47 SGK Vật lí 11: Hãy chứng tỏ rằng, công suất tỏa nhiệt ở vật dẫn khi có dòng điện chạy qua được tính bằng công thức:

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

Và hãy cho biết đơn vị đo tương ứng với các đại lượng có mặt trong công thức trên.

Lời giải:

Khi có dòng điện chạy qua vật dẫn thì điện năng mà đoạn mạch tiêu thụ đã chuyển hóa thành nhiệt năng (nhiệt lượng tỏa ra trên vật dẫn) nên:

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

Lại có cường độ dòng điện: $I = \frac{U}{R}$

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

Đơn vị của các đại lượng: Công suất P (W); Nhiệt lượng tỏa ra Q (J); thời gian t (s); điện trở R (Ω); hiệu điện thế U (V); cường độ dòng điện I (A).

Câu hỏi và bài tập (trang 49 sgk Vật lí 11)

Bài 1 trang 49 SGK Vật lí 11: Điện năng mà một đoạn mạch tiêu thụ được đo bằng công do lực nào thực hiện? Viết công thức tính điện năng tiêu thụ và công suất điện của một đoạn mạch khi có dòng điện chạy qua.
Lời giải:

Điện năng mà một đoạn mạch tiêu thụ được đo bằng công do lực điện trường thực hiện.

Công thức tính điện năng tiêu thụ: $A = U q = U I t$

Công thức tính công suất điện: $P = \frac{A}{t} = U I$

Bài 2 trang 49 SGK Vật lí 11: Hãy nêu tên một công cụ hay một thiết bị điện cho mỗi trường hợp dưới đây:

a) Khi hoạt động biến đổi điện năng thành nhiệt năng và năng lượng ánh sáng.

b) Khi hoạt động biến đổi toàn bộ điện năng thành nhiệt năng.

c) Khi hoạt động biến đổi điện năng thành cơ năng và nhiệt năng.

d) Khi hoạt động biến đổi điện năng thành năng lượng hóa học và nhiệt năng.

Lời giải:

a) Khi hoạt động biến đổi điện năng thành nhiệt năng và năng lượng ánh sáng.

- Lò vi sóng, bóng đèn điện

b) Khi hoạt động biến đổi toàn bộ điện năng thành nhiệt năng.

- Bàn ủi (bàn là) điện

c) Khi hoạt động biến đổi điện năng thành cơ năng và nhiệt năng.

- Quạt điện, mô-tơ điện.

d) Khi hoạt động biến đổi điện năng thành năng lượng hóa học và nhiệt năng.

- Bình điện phân dùng trong mạ điện.

Bài 3 trang 49 SGK Vật lí 11: Công suất tỏa nhiệt của một đoạn mạch là gì và được tính bằng công thức nào?

Lời giải:

Công suất tỏa nhiệt P của một đoạn mạch khi có dòng điện chạy qua đặc trưng cho tốc độ tỏa nhiệt của một đoạn mạch đó được xác định bằng nhiệt lượng tỏa ra ở vật dẫn trong một đơn vị thời gian. Công thức:

$P = R I^{2}$

Bài 4 trang 49 SGK Vật lí 11: Công của nguồn điện có mối liên hệ gì với điện năng tiêu thụ trong mạch điện kín? Viết công thức tính công và công suất của nguồn điện.

Lời giải:

Công của nguồn điện bằng điện năng tiêu thụ trong toàn mạch

Công thức tính công của nguồn điện: $A_{n g} = ξ I t$

Công thức tính công suất của nguồn điện: $P_{n g} = \frac{A_{n g}}{t} = ξ I$

Bài 5 trang 49 SGK Vật lí 11: Chọn câu đúng.

Điện năng tiêu thụ được đo bằng.

A. Vôn kế.

B. Công tơ điện.

C. Ampe kế.

D. Tĩnh điện kế.

Lời giải:

Đáp án B

Công tơ điện là dụng cụ đo điện năng tiêu thụ.

Bài 6 trang 49 SGK Vật lí 11: Công suất điện được đo bằng đơn vị nào sau đây?

A. Jun (J).

B. Oát (W)

C. Niutơn (N).

D. Culông (C).

Lời giải:

Công suất điện được đo bằng đơn vị Oát (W).

=> Đáp án B.

Bài 7 trang 49 SGK Vật lí 11: Tính điện năng tiêu thụ và công suất điện khi dòng điện có cường độ 1A chạy qua dây dẫn trong một giờ, biết hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn dây là 6V.

Phương pháp giải:

+ Điện năng tiêu thụ: A = UIt

+ Công suất điện: P = UI

Lời giải:

Theo đầu bài, ta có:

- Cường độ dòng điện qua dây dẫn: $I = 1 A$

- Thời gian: $t = 1$ giờ $= 60.60 = 3600 s$

- Hiệu điện thế hai đầu dây dẫn: $U = 6 V$

Ta suy ra:

+ Điện năng tiêu thụ:

$A = U I t = 6.1.3600 = 21600 J = 21, 6 k J = 0, 006 k W . h$

+ Công suất điện: $P = U I = 6.1 = 6 W$

Bài 8 trang 49 SGK Vật lí 11: Trên nhãn của một ấm điện có ghi 220V – 1000 W.

a) Cho biết ý nghĩa các số ghi trên đây.

b) Sử dụng ấm điện với hiệu điện thế 220V để đun sôi 2 lít nước từ nhiệt độ 250C. Tính thời gian đun nước, biết hiệu suất của ấm là 90% và nhiệt dung riêng của nước là 4 190 J/(kg.K)

Phương pháp giải:

+ Biến đổi đơn vị: 1 lít nước = 1kg

+ Công thức tính nhiệt lượng:

$Q = m . c . ∆ t$

+ Điện năng tiêu thụ: $A = U I t = P t$

Lời giải:

a) Ý nghĩa các số ghi trên ấm: $(220 V - 1000 W)$

+ $220 V$ là hiệu điện thế định mức của ấm. Khi đặt vào hai đầu ấm hiệu điện thế $220 V$ thì ấm hoạt động bình thường.

+ $1000 W$ là công suất tiêu thụ điện của ấm điện khi sử dụng ấm ở hiệu điện thế $220 V$ (gọi tắt là công suất định mức)

+ Nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi 2 lít nước từ nhiệt độ $25^{0} C$ là:

$Q = m c . Δ t$

Theo đầu bài, ta có:

- nhiệt dung riêng của nước $c = 4190 J / (k g . K)$

- khối lượng của 2 lít nước: $m = 2 k g$

- độ tăng nhiệt độ độ: $Δ t = 100 - 25$

=> Nhiệt lượng cần cung cấp:

$Q = 2.4190. (100 - 25) = 628500 J$

+ Hiệu suất của ấm là 90%

$\Rightarrow$ Lượng điện năng thực tế mà ấm tiêu thụ là:

$A = Q . \frac{100}{90} = 628500. \frac{100}{90}$ $= \frac{2095000}{3} J$

Mặt khác, ta có:

$A = P . t \Rightarrow t = \frac{A}{P} = \frac{A}{1000} \approx 698 s$

Bài 9 trang 49 SGK Vật lí 11: Một nguồn điện có suất điện động 12V. Khi mắc nguồn điện này với một bóng đèn để thành mạch điện kín thì nó cung cấp một dòng điện có cường độ 0,8A. Tính công của nguồn điện này sản ra trong thời gian 15p và tính công suất của nguồn điện khi đó.
Phương pháp giải:

+ Công của nguồn điện: Ang = EIt

+ Công suất của nguồn điện: Png = EI

Lời giải:

Theo đầu bài, ta có:

- Suất điện động của nguồn $ξ = 12 V$

- Cường độ dòng điện $I = 0, 8 A$

+ Công của nguồn điện trong thời gian $15$ phút = $15.60 s$ là:

$A_{n g} = ξ I t = 12.0, 8.15.60 = 8640 J = 8, 64 k J$

+ Công suất của nguồn điện này khi đó là: $P_{n g} = E I = 12.0, 8 = 9, 6 W$ .

Lý thuyết Bài 8: Điện năng - Công suất điện

I. Điện năng tiêu thụ và công suất điện.

1. Điện năng tiêu thụ của đoạn mạch.

Giải Vật Lí 11 Bài 2: Khí hậu châu Á (ảnh 1)

- Nếu dòng điện có cường độ I thì sau một thời gian t sẽ có một điện lượng $q = I t$ di chuyển trong đoạn mạch (h.81) và khi đó lực điện một công là:

$A = U q = U I t$ (8.1)

Trong đó: U là hiệu điện thế đặt vào 2 đầu đoạn mạch (V)

q là lượng điện tích dịch chuyển (C)

I là cường độ dòng điện trong mạch (A)

t là thời gian điện tích dịch chuyển (s)

- Vì vậy, lượng điện năng mà một đoạn tiêu thụ khi có dòng điện chạy qua để chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác được đo bằng công của lực điện trường khi dịch chuyển có hướng các điện tích.

2. Công suất điện.

Công suất điện của một đoạn mạch là công suất tiêu thụ điện năng của đoạn mạch đó và có trị số bằng điện năng mà đoạn mạch tiêu thụ trong một đơn vị thời gian. Hoặc bằng tích hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch đó:

$P = \frac{A}{t} = U I$ (8.2)

II. Công suất tỏa nhiệt của vật dẫn khi có dòng điện chạy qua:

1. Định luật Jun len xơ.

- Nếu đoạn mạch (hoăc vật dẫn) chỉ có điện trở thuần $R$ (với $R = ρ \frac{l}{S}$ ) thì điện năng mà đoạn mạch đó tiêu thụ được biến đổi hoàn toàn thành nhiệt năng.

- Nhiệt lượng tỏa ra ở một vật dẫn tỉ lệ thuận với điện trở của vật dẫn, với bình phương cường độ dòng điện với thời gian dòng điện chạy qua vật dẫn đó.

$Q = R I^{2} t$ (8.3)

2. Công suất tỏa nhiệt của vật dẫn khi có dòng điện chạy qua.

Công suất tỏa nhiệt P ở vật dẫn khi có dòng điện chạy qua đặc trưng cho tốc độ tỏa nhiệt của vật dẫn đó và được xác định bằng nhiệt lượng tỏa ra ở vật dẫn trong một đơn vị thời gian.

$P = R I^{2}$ (8.4)

III. Công và công suất của nguồn điện.

1. Công của nguồn điện

Thẹo định luật bảo toàn năng lượng , điện năng tiêu thụ trong toàn mạch bằng công của các lực lạ bên trong nguồn điện. Từ công thức 7.3 ta có công thức tính công Ang của một nguồn điện khi tạo thành dòng điện có cường độ I chạy trong toàn mạch sau một thời gian t là:

$A_{n g} = ξ q = ξ I t$ (8.5)

2. Công suất của nguồn điện

Công suất Png của nguồn điện đặc trưng cho tốc độ thực hiện công của nguồn điện đó và được xác định bằng công của nguồn điện để thực hiện trong đơn vị thời gian. Công suất này cũng chính bằng công suất tiêu thụ điện năng của toàn mạch:

$P_{n g} = \frac{A_{n g}}{t} = ξ I$ (8.6)

Sơ đồ tư duy về điện năng. Công suất điện

Giải Vật Lí 11 Bài 2: Khí hậu châu Á (ảnh 2)

Phương pháp giải một số dạng bài tập về điện năng – công suất điện.

Dạng 1: Tính điện năng, công suất điện, công suất tiêu thụ, điện năng của thiết bị điện

Sử dụng các công thức:

- Công của nguồn điện: $A = E . I . t$ (J)

- Công suất của nguồn điện: $P = \frac{A}{t} = E I$ (W)

- Công suất tiêu thụ của thiết bị điện: $P = \frac{U^{2}}{R} R I^{2}$ (W)

- Điện năng tiêu thụ của thiết bị điện: A = U.I.t (J)

Dạng 2: Vận dụng định luật Jun-Lenxo

Nhiệt lượng tỏa ra của vật rắn: $Q = I^{2} R t$ (J) hay $Q = \frac{U^{2}}{R} t = U I t$

Công suất tỏa nhiệt của vật dẫn khi có dòng điện chạy qua: $P = \frac{Q}{t} = I^{2} R$

* Chú ý:

- Trong các công thức tính công, tính nhiệt lượng, đổi đơn vị thời gian ra giây (s)

- Mạch có bóng đèn: $R_{d} = \frac{U_{d m}^{2}}{P_{d m}}$ (coi như điện trở không phụ thuộc vào hiệu điện thế đặt vào đèn, không thay đổi theo nhiệt độ).

+ Nếu đèn sáng bình thường thì Ithực = Iđm (lúc này cũng có Uthực = Uđm; Pthực = Pđm)

+ Nếu Ithực < Iđm thì đèn mờ hơn bình thường.

+ Nếu Ithực > Iđm thì đèn sáng hơn bình thường.

Bài tập ví dụ:

Bài 1: Cho đoạn mạch có điện trở $10 Ω$ , hiệu điện thế hai đầu mạch là 20 V. Trong 1 phút điện năng tiêu thụ của mạch là:

Hướng dẫn giải

Điện năng tiêu thụ của đoạn mạch là:

$A = U I t = \frac{U^{2}}{R} t = \frac{20^{2}}{10} .60 = 2, 4 (k J)$