Cách giải bài tập Công và công suất của dòng điện không đổi hay, chi tiết | Vật Lí lớp 11

Cách giải bài tập Công và công suất của dòng điện không đổi hay, chi tiết

A. Phương pháp & Ví dụ

Công và hiệu suất của dòng điện trên một đoạn mạch bất kỳ
– Công của dòng điện : A = UIt .

– Công suất của dòng điện:

Bạn đang đọc: Cách giải bài tập Công và công suất của dòng điện không đổi hay, chi tiết | Vật Lí lớp 11

Quảng cáo

Nhiệt lượng và hiệu suất tiêu thụ bởi đoạn mạch chỉ tỏa nhiệt

– Nhiệt lượng:

– Công suất nhiệt:

Chú ý :
– Đơn vị của A và Q. hoàn toàn có thể là J, kWh hoặc cal ( calo ) với :
+ 1 kWh ( số chỉ công – tơ điện ) = 3.600.000 J = 3.600 kJ .
+ 1J = 0,24 cal ; 1 cal = 4,18 J .
– Các dụng cụ chỉ tỏa nhiệt thường gặp là bóng đèn, bàn là, nhà bếp điện, … Các dụng cụ này hoạt động giải trí thông thường khi hiệu điện thế đặt vào hai đầu dụng cụ bằng hiệu điện thế định mức ( ghi trên dụng cụ ), lúc đó dòng điện qua dụng cụ bằng dòng điện định mức và hiệu suất tiêu thụ của dụng cụ bằng hiệu suất định mức ( ghi trên dụng cụ ) .

Quảng cáo

Ví dụ 1: Một bàn là được sử dụng đúng với hiệu điện thế định mức là 220V trong 30 phút thì tiêu thụ một lượng điện năng là 1440 kJ. Hãy tính:

a ) Công suất điện của bàn là .
b ) Điện trở của bàn là và dòng điện chạy qua nó khi đó .

Hướng dẫn:

a ) Công suất tiêu thụ của bàn là :

b ) Cường độ dòng điện qua bàn là :

Điện trở của bàn là :

Ví dụ 2: Một bếp điện được sử dụng liên tục trong 1,8 giờ ở hiệu điện thế 220V, khi đó số chỉ công tơ điện tăng thêm 2,4 số.

a ) Tính điện năng mà nhà bếp điện sử dụng, hiệu suất của nhà bếp điện và cường độ dòng điện chạy qua nhà bếp trong thời hạn nói trên .
b ) Giả sử 1 số điện có giá là 2000 VNĐ thì số tiền phải trả khi dùng nhà bếp trên mỗi ngày 1,8 giờ trong thời hạn 1 tháng ( 30 ngày ) là bao nhiêu ?

Quảng cáo

Hướng dẫn:

a ) Điện năng mà nhà bếp tiêu thụ : A = 2,4 số = 2,4 kW. h

    + Công suất của bếp:

+ Cường độ dòng điện qua nhà bếp :

b ) Số điện mà nhà bếp đã tiêu thụ là : n = 2,4. 30 = 72 số
+ Số tiền điện phải trả : 72.2000 = 144.000 VNĐ

Ví dụ 3: Người ta dùng một ấm nhôm có khối lượng m1 = 0,4 kg để đun một lượng nước m2 = 2 kg thì sau 20 phút nước sẽ sôi. Bếp điện có hiệu suất H = 60% và được dùng ở mạng điện có hiệu điện thế U = 220V. Nhiệt độ ban đầu của nước là t1 = 20oC, nhiệt dung riêng của nhôm c1 = 920 J/kg.K, nhiệt dung riêng của nước là c2 = 4,18 kJ/kg.K. Hãy tính nhiệt lượng cần cung cấp cho ấm nước và dòng điện chạy qua bếp.

Quảng cáo

Hướng dẫn:

+ Nhiệt lượng thu vào của ấm nước : Qthu = ( m1c1 + m2c2 ) Δto = 698240 J
+ Do hiệu suất của chỉ đạt được 60 % nên nhiệt lượng thực tiễn phải cung ứng là :

+ Cường độ dòng điện chạy qua nhà bếp :

Ví dụ 4: Bếp điện mắc vào nguồn U = 120V. Tổng điện trở của dây nối từ nguồn đến bếp là 1Ω. Công suất tỏa nhiệt trên bếp là 1,1kW. Tính cường độ dòng điện qua bếp và điện trở của bếp.

Hướng dẫn:

Mạch điện được vẽ lại như sau :

Cường độ dòng điện qua mạch chính:

Hiệu điện thế hai đầu của bếp:

Công suất tỏa nhiệt trên nhà bếp :

Cường độ dòng điện qua bếp:

Ví dụ 5:Cho hai đèn 120V – 40W và 120V – 60W mắc nối tiếp vào nguồn U = 240V.

a ) Tính điện trở mỗi đèn và cường độ dòng điện qua hai đèn .
b ) Tính hiệu điện thế và hiệu suất tiêu thụ mỗi đèn .
Nhận xét về độ sáng của mỗi đèn
Cho biết điều kiện kèm theo để hai đèn 120V sáng thông thường khi mắc tiếp nối đuôi nhau vào nguồn 240V là gì ?

Hướng dẫn:

a)

b ) Hiệu điện thế và hiệu suất tiêu thụ mỗi đèn :
U1 = R1I = 360.0,4 = 144V ;
P1 = R1I2 = 360.0,42 = 57,6 W .
U2 = R2I = 240.0,4 = 96V ;
P2 = R2I2 = 240.0,42 = 38,4 W .
Ta có : P1 > Pđm1 ⇒ đèn 1 sáng chói ; P2 < Pđm2 ⇒ đèn 2 sáng mờ . Để 2 đèn 120V sáng thông thường khi mắc nt vào nguồn 240V thì hai đèn phải có cùng hiệu suất định mức .
Ví dụ 6: Để trang trí cho một quầy hàng, người ta dùng các bóng đèn 6V – 9W mắc nối tiếp vào mạch điện có hiệu điện thế không đổi U = 240V.

a ) Tìm số bóng đèn cần dùng để chúng sáng thông thường .
b ) Nếu có một bóng bị cháy, người ta nối tắt đoạn mạch có bóng đó lại thì hiệu suất tiêu thụ của mỗi bóng tăng hay giảm bao nhiêu Xác Suất ?

Hướng dẫn:

a) Số bóng cần dùng:

b) Điện trở mỗi bóng:

+ Nếu có một bóng bị cháy thì điện trở tổng số của những bóng còn lại là : R = 39R Đ = 156 Ω

    + Dòng điện qua mỗi đèn bây giờ là:

+ Công suất tiêu thụ của mỗi bóng giờ đây là : P = I2RĐ = 9,47 W

    + Nghĩa là tăng lên so với trước:

Nhận xét : Vì hiệu suất của đèn vượt quá giá trị định mức nên rất dễ cháy .

Ví dụ 7: Người ta đun sôi một ấm nước bằng một bếp điện. Ấm tỏa nhiệt ra không khí trong đó nhiệt lượng hao phí tỉ lệ với thời gian đun. Khi hiệu điện thế U1= 200V thì sau 5 phút nước sôi, khi hiệu điện thế U2 = 100V thì sau 25 phút nước sôi. Hỏi nếu khi hiệu điện thế U3 = 150V thì sau bao lâu nước sôi ?

Hướng dẫn:

Ta có công suất toàn phần:

+ Gọi ΔP là hiệu suất hao phí ( vì tỏa nhiệt ra không khí ). Nhiệt lượng cần cung ứng cho nước sôi với từng hiệu điện thế :

+ Nhiệt lượng Q1, Q2, Q3 đều dùng để làm sôi nước do đó : Q1 = Q2 = Q3

Suy ra:

Từ ( 1 ) ta có : ( 2002 – ΔP. R ). 5 = ( 1002 – ΔP. R ). 25 ⇒ ΔP. R = 2500
Thay ΔP. R = 2500 vào ( 2 ) ta có :

Ví dụ 8: Cho mạch điện như hình vẽ: UAB = U = 6V; R1 = 5,5Ω; R2 = 3Ω; R là một biến trở.

a ) Khi R = 3,5 Ω, tìm hiệu suất tiêu thụ của đoạn mạch AM .
b ) Với giá trị nào của biến trở R thì hiệu suất tiêu thụ trên biến trở R đạt giá trị lớn nhất. Tìm giá trị lớn nhất đó .

Hướng dẫn:

a ) Khi R = 3,5 Ω thì điện trở tương tự của mạch là : RAB = R1 + R2 + R = 5,5 + 3 + 3,5 = 12 Ω

Dòng điện chạy trong mạch:

Công suất trên đoạn AM là :
PAM = I2RAM = 0,52. ( R2 + R ) = 0,52. ( 3 + 3,5 ) = 1,625 W
b ) Ta có :

Theo bất đẳng thức cô-si:

Do đó:

PR = max khi và chỉ khi

Vậy

Dấu ” = ” xảy ra khi

B. Bài tập

Bài 1. Một bóng đèn dây tóc có ghi 24V – 2,4W.

a ) Cho biết ý nghĩa của số lượng trên. Tính điện trở của bóng đèn, dòng điện qua bóng đền khi đèn sáng thông thường .
b ) Mắc bóng đèn trên vào hai điểm có hiệu điện thế U = 20V. Cho rằng điện trở của dây tóc bóng đèn đổi khác không đáng kể theo nhiệt độ. Tính hiệu suất của bóng đèn khi đó .
Hiển thị lời giải

a) Số trên có ý nghĩa, hiệu điện thế lớn nhất của bóng đèn là Umax = 24 V và công suất lớn nhất là Pmax = 2,4 W.

Xem thêm: Câu 1: Một bàn là điện có công suất định mức 1100W và cường độ dòng điện định mức 5A. điện trở suất là 1,1.10-6Wm và tiế…

    + Điện trở của bóng đèn:

    + Khi đèn sáng bình thường thì:

+ Công suất của đèn khi mắc vào nguồn U = 20 V :

Bài 2. Một bóng đèn dây tóc có ghi 806Ω – 60W.

a ) Cho biết ý nghĩa của số lượng trên. Tính hiệu điện thế tối ta hoàn toàn có thể đặt vào hai đầu của bóng đèn ; dòng điện qua bóng đền khi đèn sáng thông thường .
b ) Mắc bóng đèn trên vào hai điểm có hiệu điện thế U ‘ = 200V. Cho rằng điện trở của dây tóc bóng đèn biến hóa không đáng kể theo nhiệt độ. Tính hiệu suất của bóng đèn khi đó .
Hiển thị lời giải
a ) Số trên cho biết điện trở của dây tóc bóng đèn là 806 Ω, hiệu suất cực lớn đạt được bằng 60W
+ Hiệu điện thế cực lớn hoàn toàn có thể đặt vào hai đầu của bóng đèn :

+ Dòng điện qua bóng đèn khi đèn sáng thông thường :

b ) Công suất của bóng đèn khi mắc vào hiệu điện thế U ‘ = 200V :

Bài 3. Bóng đèn 1 có ghi 220V – 100W và bóng đèn 2 có ghi 220V – 25W

a ) Mắc song song hai bóng đèn này vào hiệu điện thế 220V. Tính điện trở R1 và R2 tương ứng của mỗi đèn và cường độ dòng I1 và I2 chạy qua mỗi đèn khi đó .
b ) Mắc tiếp nối đuôi nhau hai bóng đèn vào hiệu điện thế 220V và cho rằng điện trở của mỗi bóng vẫn có giá trị như câu a. Hỏi đèn nào sáng hơn và có hiệu suất gấp bao nhiêu lần đèn kia .
Hiển thị lời giải

a) Điện trở mỗi bóng đèn:

+ Khi hai bóng trên mắc song song vào hiệu điện thế U = 220V thì hiệu điện thế hai đầu mỗi bóng đèn đều bằng hiệu điện thế định mức của chúng nên hai đèn lúc này sáng thông thường .
+ Và cường độ dòng điện qua mỗi bóng là :

b ) Khi mắc tiếp nối đuôi nhau hai điện trở thì điện trở tương tự của mạch là : Rtđ = R1 + R2
+ Cường độ dòng điện qua mỗi bóng lúc này là :

+ Công suất của mỗi bóng lúc này :

+ Cùng cường độ dòng điện, nhưng P2 = 4P1 nên đèn 2 sáng hơn đèn 1 .

Bài 4. 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 nào lớn hơn .
b ) Điện trở của bóng đèn nào lớn hơn .
c ) Có thể mắc tiếp nối đuôi nhau hai bóng đèn này vào hiệu điện thế 220V được không ? Đèn nào sẽ dễ hỏng ?
Hiển thị lời giải
a ) Cường độ dòng điện định mức của mỗi bóng đèn :

b ) Điện trở của mỗi bóng đèn :

c ) Khi mắc hai bóng tiếp nối đuôi nhau thì điện trở tương tự của mạch lúc này là : Rtđ = R1 + R2 = 605 Ω
+ Dòng điện qua mỗi bóng đèn lúc này là :

+ Không thể mắc được vì đèn 1 sẽ dễ bị cháy .

Bài 5. Bếp điện dùng với nguồn U = 220V.

a ) Nếu mắc nhà bếp vào nguồn 110V, hiệu suất nhà bếp biến hóa bao nhiêu lần ?
b ) Muốn hiệu suất không giảm khi mắc vào nguồn 110V phải mắc lại cuộn dây nhà bếp điện như thế nào ?
Hiển thị lời giải
a ) Công suất nhà bếp biến hóa bao nhiêu lần

– Khi mắc bếp điện vào nguồn U = 220V:

– Khi mắc nhà bếp vào nguồn U1 = 110V :

Vậy nếu mắc nhà bếp vào nguồn 110V thì hiệu suất của nhà bếp giảm đi 4 lần .
b ) Cách mắc lại cuộn dây nhà bếp điện : Muốn hiệu suất không đổi thì điện trở phải giảm đi 4 lần :

Vậy phải mắc song song hai nửa dây dẫn .

Bài 6. Có thể mắc hai đèn (120V – 100W) và (6V – 5W) nối tiếp vào nguồn U = 120V được không?

Hiển thị lời giải

Điện trở của đèn 1:

Cường độ dòng điện định mức của đèn 1 :

Điện trở của đèn 2:

Cường độ dòng điện định mức của đèn 2 :

Nếu mắc vào nguồn U = 120V thì cường độ dòng điện qua mỗi đèn là :

Ta thấy : I < Iđm nên hoàn toàn có thể mắc tiếp nối đuôi nhau hai đèn vào nguồn 120V .
Bài 7. Một bóng đèn dây tóc có ghi 220V – 110W và một bàn là có ghi 220V – 250W cùng được mắc vào ổ lấy điện 220V của gia đình.

a ) Tính điện trở tương tự của đoạn mạch này .
b ) Hãy chứng tỏ rằng hiệu suất P. của đoạn mạch bằng tổng hiệu suất của đèn và của bàn là .
c ) Nếu đem bóng đèn trên mắc vào hiệu điện thể U = 110V thì dòng điện qua bóng và hiệu suất tỏa nhiệt của bóng là bao nhiêu ?
Hiển thị lời giải
a ) Gọi điện trở của bóng đèn và bàn là lần lượt là R1 và R2 .

Ta có:

Và

Vì bóng đèn và bàn là cùng mắc vào một nguồn nên chúng mắc song song. Vậy điện trở tương tự của mạch là :

b ) Khi mắc hai dụng cụ song song vào mạch điện có U = 220V thì mỗi dụng cụ tiêu thụ hiệu suất đúng bằng giá trị định mức của nó nên P = P1 + P2 = 110 + 250 = 360W
Trong khi đó hiệu suất của mạch là :

c ) Nếu đem bóng đèn mắc vào hiệu điện thế U = 110V thì dòng điện qua bóng đèn khi này là :

Công suất tỏa nhiệt của bóng đèn khi này là :

Bài 8. Một bếp điện khi hoạt động bình thường có điện trở 80Ω và cường độ dòng điện qua bếp khi đó là 2,5 A.

a ) Tính nhiệt lượng mà nhà bếp tỏa ra trong thời hạn 1 phút .
b ) Dùng nhà bếp điện trên để đun sôi 1,5 lít nước có nhiệt độ bắt đầu là 250C thì thời hạn đun sôi nước là 20 phút. Coi rằng nhiệt lượng thiết yếu để đun sôi nước là có ích. Tính hiệu suất của nhà bếp. Biết nhiệt dung riêng của nước là 4200 J / ( kg. K ), khối lượng riêng của nước d = 1000 kg / m3 .
c ) Mỗi ngày sử dụng nhà bếp điện này 3 giờ. Tính tiền điện phải trả cho việc sử dụng nhà bếp điện đó trong 30 ngày, nếu giá 1 kWh điện là 2000 đồng .
Hiển thị lời giải
a ) Nhiệt lượng mà nhà bếp tỏa ra trong thời hạn 1 phút : Q = I2Rt = 2,52. 80.60 = 3.104 J
b ) Nhiệt lượng mà nhà bếp tiệu thụ trong 20 phút : Q = I2Rt = 2,52. 80.20.60 = 6.105 J
+ Nhiệt lượng thiết yếu để làm nước sôi :
Qthu = m. c. ( t2 – t1 ) = DVc. ( t2 – t1 ) = 1000.1,5. 10-3. 4200. ( 100 – 25 ) = 472500J
+ Hiệu suất của nhà bếp :

c ) Công suất tỏa nhiệt của nhà bếp là : P = I2P = 2,52. 80 = 500W = 0,5 kW
+ Mỗi ngày sử dụng ấm 3 h, do đó thời hạn sử dụng của 30 ngày là 90 h
+ Điện năng mà nhà bếp tiêu thụ là : A = P.t = 0,5. 90 = 45 kW. h
+ Vì giá 1 kW. h điện là 2000 đồng nên số tiền phải trả trong 30 ngày là : 45.2000 0000 đồng

Bài 9. Dây nikêlin (điện trở suất ρ = 4,4.10-7Ωm), chiều dài 1m, tiết diện 2mm2 và dây nicrôm ( = 4,7.10-7Ωm), chiều dài 2m, tiết diện 0,5mm2 mắc nối tiếp vào một nguồn điện. Dây nào sẽ tỏa nhiệt nhiều hơn và nhiều gấp mấy lần?

Hiển thị lời giải
Công suất tỏa nhiệt của dây nikêlin :

Công suất tỏa nhiệt của dây nicrôm :

Vậy dây nicrôm sẽ tỏa nhiệt nhiều hơn và nhiều gấp 8,55 lần .

Bài 10. Bếp điện nối với hiệu điện thế U = 120V có công suất P = 600W được dùng để đun sôi 2 lít nước (c = 4200J/kg.độ) từ 200C đến 1000C, hiệu suất bếp là 80%.

Tìm thời hạn đun và điện năng tiêu thụ theo kWh .
Hiển thị lời giải
Thời gian đun và điện năng tiêu thụ

Hiệu suất của bếp:

Điện năng tiêu thụ :

Vậy thời hạn đun và điện năng tiêu thụ của nhà bếp là t = 23,3 phút và A = 0,23 kWh .

Bài 11. Cho mạch điện như hìnhh vẽ. Biết R = 4 Ω, đèn Đ ghi 6V – 3W, UAB = 9 V không đổi, Rx là biến trở. Điện trở của đèn không đổi. Xác định giá trị của Rx để:

a ) Đèn sáng thông thường .
b ) Công suất tiêu thụ trên biến trở là lớn nhất. Tính hiệu suất đó .
Hiển thị lời giải
a ) Đèn sáng thông thường nên :

UDB = URx = UĐ = 6V

Mặt khác :

b ) Đặt Rx = x .
Ta có : UDB = U – UAD = U – IR

Theo bất đẳng thức cô-si suy ra : x = 3 Ω ⇒ Px ≈ 3,8 W

Bài 12. Có mạch điện như hình vẽ. Hiệu điện thế hai đầu mạch là U = 12V. Các điện trở mạch ngoài: R1 = 0,5; R2 = 6Ω; R3 = 12Ω. Điện trở R có giá trị thay đổi từ 0 đến vô cùng. Điện trở ampe kế không đáng kể.

a ) Điều chỉnh R = 1,5 Ω. Tìm số chỉ của ampe kế và hiệu suất tỏa nhiệt của mạch AB .
b ) Điều chỉnh R có giá trị bằng bao nhiêu thì hiệu suất trên R đạt giá trị cực lớn .
Hiển thị lời giải

a ) Điện trở tương tự của toàn mạch :

Cường độ dòng điện mạch chính AB:

Công suất mạch AB : PAB = I2AB. RAB = 22.6 = 24W
b ) Công suất trên R :

Theo cô-si ta có :

Dấu ” = ” xảy ra khi

Xem thêm những dạng bài tập Vật Lí lớp 11 có trong đề thi THPT Quốc gia khác :

Ngân hàng trắc nghiệm lớp 11 tại khoahoc.vietjack.com

Đã có app VietJack trên điện thoại thông minh, giải bài tập SGK, SBT Soạn văn, Văn mẫu, Thi trực tuyến, Bài giảng …. không tính tiền. Tải ngay ứng dụng trên Android và iOS .

Nhóm học tập facebook miễn phí cho teen 2k5: fb.com/groups/hoctap2k5/

Theo dõi chúng tôi miễn phí trên mạng xã hội facebook và youtube:

Xem thêm: Tổ chức Hàng không Dân dụng Quốc tế – Wikipedia tiếng Việt

Theo dõi chúng tôi không lấy phí trên mạng xã hội facebook và youtube :

Nếu thấy hay, hãy động viên và chia sẻ nhé! Các bình luận không phù hợp với nội quy bình luận trang web sẽ bị cấm bình luận vĩnh viễn.