Tailieumoi.vn giới thiệu Giải bài tập Vật lí lớp 11 Bài 24: Nguồn điện chi tiết sách Kết nối tri thức giúp học sinh xem và so sánh lời giải từ đó biết cách làm bài tập môn Vật lí 11. Mời các bạn đón xem:

Giải bài tập Vật lí lớp 11 Bài 24: Nguồn điện

Khởi động trang 102 Vật Lí 11: Ta đã biết nguồn điện có khả năng cung cấp năng lượng điện để tạo ra dòng điện sử dụng trong đời sống. Vậy nguồn điện là gì? Vì sao nguồn điện có thể tạo ra dòng điện?

Lời giải:

- Nguồn điện là thiết bị để tạo ra và duy trì hiệu điện thế, nhằm duy trì dòng điện trong mạch. Mỗi nguồn điện đều có hai cực là cực dương (+) và cực âm (-).

- Nguồn điện có thể tạo ra dòng điện là vì bên trong nguồn điện ở hai cực có sự chênh lệch về điện tích, xuất hiện lực lạ tách các electron ra khỏi nguyên tử ở mỗi cực và di chuyển chúng đến các cực còn lại.

I. Nguồn điện. Suất điện động của nguồn điện

Câu hỏi trang 102 Vật Lí 11: Tại sao dòng điện trong trường hợp mô tả ở Hình 24.1 chỉ tồn tại trong khoảng thời gian rất ngắn? Làm thế nào để duy trì dòng điện trong trường hợp này lâu dài?

Lời giải:

- Dòng điện mô tả ở hình trên chỉ tồn tại trong thời gian ngắn vì sau một khoảng thời gian, điện tích dịch chuyển ở hai quả cầu gần như trung hòa, nên điện thế V_A = V_B, dẫn đến không có sự chênh lệch điện thế. Dòng điện gần như bằng 0.

- Để duy trì dòng điện phải tạo ra được sự chênh lệch điện thế giữa A và B bằng cách điện tích giữa A và B phải có sự khác nhau.

II. Ảnh hưởng của điện trở trong của nguồn điện lên hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn

Câu hỏi trang 104 Vật Lí 11: Khi dùng vôn kế để đo hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện thì số chỉ trên vôn kế và số vôn ghi trên nhãn của nguồn điện có mối liên hệ như thế nào? Điều đó cho biết có gì tồn tại bên trong của nguồn điện?

Lời giải:

Số chỉ vôn kế đo được sẽ có sự chênh lệch so với số vôn ghi trên nhãn của nguồn điện (cụ thể là số chỉ vôn kế nhỏ hơn so với số chỉ trên nhãn).

Điều đó cho biết bên trong nguồn điện tồn tại điện trở trong.

Câu hỏi trang 104 Vật Lí 11: 1. Mô tả ảnh hưởng của điện trở trong của nguồn điện lên hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn.

2. So sánh suất điện động và hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch.

3. Trường hợp nào thì hiệu điện thế U giữa hai cực của nguồn điện bằng suất điện động E của nguồn?

Lời giải:

1. Điện trở trong gây ra độ giảm thế ở mạch trong, làm hiệu điện thế giữa hai cực nhỏ hơn so với suất điện động ban đầu của nguồn điện.

2. Suất điện động lớn hơn hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch.

3. Trong trường hợp điện trở trong rất nhỏ hoặc bằng 0 thì khi đo hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện bằng suất điện động của nguồn.

Câu hỏi trang 105 Vật Lí 11: Vì sao sẽ rất nguy hiểm nếu hiện tượng đoản mạch xảy ra đối với mạng điện ở gia đình?

Lời giải:

- Khi điện trở mạch ngoài không đáng kể hoặc bằng 0 thì cường độ dòng điện chạy trong mạch điện kín đạt giá trị lớn nhất.

- Mạng điện ở gia đình thường có hiệu điện thế lớn (220V), do đó khi bị đoản mạch thì cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn điện và các thiết bị điện rất lớn sẽ làm hư hỏng thiết bị và thậm chí gây cháy nổ các thiết bị đó dẫn đến gây nguy hiểm đến tính mạng con người.

Bài 1 trang 195 Vật Lí 11: Cho mạch điện như Hình 24.5. Suất điện động E = 10 V, bỏ qua điện trở trong của nguồn. Các giá trị điện trở R₁ = 20$\Omega$; R₂ = 40$\Omega$, R₃ = 50$\Omega$.

a) Tính cường độ dòng điện chạy qua điện trở R₁.

b) Tính cường độ dòng điện I chạy qua mạch chính.

Lời giải:

a) Do bỏ qua điện trở trong của nguồn nên suất điện động của nguồn bằng hiệu điện thế mạch ngoài: U = 10 V

Do ba điện trở mắc song song nên:  U₁ = U₂ = U₃ = U = 10V

Cường độ dòng điện chạy qua R₁ là: $I_1=\frac{U_1}{R_1}=\frac{10}{20}=\mathrm{0,5}A$

b) Ta có ba điện trở R₁ // R₂ // R₃ nên điện trở tương đương mạch ngoài là $\frac{1}{R_N}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\frac{1}{R_3}=\frac{1}{20}+\frac{1}{40}+\frac{1}{50}\Rightarrow R_N=\frac{200}{19}\Omega$

Cường độ dòng điện chạy qua mạch chính: $I=\frac{\text{E}}{R_N}=\frac{10}{\frac{200}{19}}=\mathrm{0,95}A$

Bài 2 trang 105 Vật Lí 11: Cho mạch điện như Hình 24.6. Các giá trị điện trở R₁ = 3$\Omega$, R₂ = 4$\Omega$và R₃ = 6$\Omega$. Suất điện động của nguồn E = 12 V, điện trở trong của nguồn r = 0,6$\Omega$.

a) Tính điện trở của đoạn mạch AB.

b) Tính cường độ dòng điện chạy qua các điện trở R₁, R₂, R₃ và hiệu điện thế giữa hai đầu mỗi điện trở.

Lời giải:

a) Mạch ngoài có (R₂ // R₃) nt R₁.

Điện trở mạch ngoài AB: $R_N=R_1+\frac{R_2.R_3}{R_2+R_3}=3+\frac{4.6}{4+6}=\mathrm{5,4}\Omega$

b) Cường độ dòng điện qua mạch chính: $I=\frac{\text{E}}{R_N+r}=\frac{12}{\mathrm{5,4}+\mathrm{0,6}}=2A$

Cường độ dòng điện qua điện trở R₁: I₁ = I = 2A $\Rightarrow U_1=I_1{R}_1=2.3=6V$

$U_2=U_3=U_{23}=U-U_1=I.R_N-I_1{R}_1=\mathrm{2.5,4}-2.3=\mathrm{4,8}V$

Cường độ dòng điện qua R₂, R₃:

$I_2=I_3=\frac{U_{23}}{R_{23}}=\frac{U_{23}}{\frac{R_2.R_3}{R_2+R_3}}=\frac{\mathrm{4,8}}{\frac{4.6}{4+6}}=2\text{\hspace{0.17em}}A$

Em có thể trang 105 Vật Lí 11: Mô tả được ảnh hưởng của điện trở trong của nguồn điện lên hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện.

Lời giải:

Điện trở trong gây ra độ giảm thế ở mạch trong, làm hiệu điện thế giữa hai cực nhỏ hơn so với suất điện động ban đầu của nguồn điện.

Em có thể trang 105 Vật Lí 11: Xác định được cường độ dòng điện, điện trở trong của pin mặt trời.

Lời giải:

Dựa vào thông số trên tấm pin mặt trời hoặc tính cường độ dòng điện, điện trở trong của pin mặt trời theo công thức:

$I=\frac{\text{E}}{R_N+r}$

$r=\frac{\text{E - }I.R_N}{I}$

Lý thuyết Nguồn điện

I. Nguồn điện. Suất điện động của nguồn điện

1. Điều kiện để duy trì dòng điện

Để duy trì dòng điện thì trong mạch phải luôn có sự dịch chuyển thành dòng của các hạt tải điện, hoặc nói cách khác là duy trì được hiệu điện thế giữa hai cực.

2. Nguồn điện

- Nguồn điện là thiết bị để tạo ra và duy trì hiệu điện thế, nhằm duy trì dòng điện trong mạch. Mỗi nguồn điện một chiều đều có hai cực là cực dương (+) và cực âm (-).

- Hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện được duy trì ngay cả khi có dòng điện chạy qua các vật dẫn nối liền giữa hai cực của nó, nghĩa là sự tích điện khác nhau ở các cực của nguồn điện tiếp tục được duy trì.

- Để tạo ra các điện cực như vậy, trong nguồn điện phải có lực thực hiện công để tách các electron ra khỏi nguyên tử, sau đó chuyển các electron hoặc ion dương được tạo thành như thế ra khỏi mỗi cực. Khi đó, một cực thừa electron được gọi là cực âm, cực còn lại thiếu electron hoặc thừa ít electron hơn cực kia gọi là cực dương. Việc tách các electron ra khỏi nguyên tử không phải do lực điện thực hiện mà phải do các lực có bản chất khác với lực điện thực hiện, được gọi là các lực lạ.

3. Suất điện động của nguồn điện

· Suất điện động Ecủa nguồn điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện và đo bằng thương số giữa công A của lực lạ thực hiện khi làm dịch chuyển một điện tích dương q bên trong nguồn điện từ cực âm đến cực dương và độ lớn của điện tích q đó:

$E=\frac{A}{q}$

· Đơn vị của suất điện động là vôn (kí hiệu là V)

· Số vôn ghi trên mỗi nguồn điện cho biết trị số của suất điện động của nguồn điện đó. Đó cũng là giá trị của hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện khi mạch điện hở.

II. Ảnh hưởng của điện trở trong của nguồn điện lên hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn

1. Điện trở trong của nguồn điện

Trong mạch kín, dòng điện chạy qua mạch ngoài và cả mạch trong. Như vậy, nguồn điện cũng là một vật dẫn và cũng có điện trở. Điện trở này được gọi là điện trở trong của nguồn điện. Nguồn điện được đặc trưng bằng suất điện động E và điện trở trong r của nguồn.

2. Ảnh hưởng của điện trở trong của nguồn điện lên hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn.

· 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 điện đó.

$I=\frac{E}{R+r}$

· Công của nguồn điện: A = qE = EIt

· Hiệu điện thế mạch ngoài: U = E - Ir

· Độ giảm thế mạch ngoài: U = IR

· Hiện tượng đoản mạch (ngắn mạch) xảy ra khi nguồn điện được nối với mạch ngoài có điện trở không đáng kể hoặc bằng 0. Nguyên nhân do việc chập mạch điện làm cho điện trở mạch ngoài bằng 0, khi đó cực âm của nguồn nối trực tiếp với cực dương của nguồn mà không qua thiết bị điện.

Xem thêm các bài giải SGK Vật lí lớp 11 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 22: Cường độ dòng điện

Bài 23: Điện trở. Định luật Ôm

Bài 24: Nguồn điện

Bài 25: Năng lượng và công suất điện

Bài 26: Thực hành: Đo suất điện động và điện trở trong của pin điện hoá