Vật lí 11 Bài 10: Ghép các nguồn điện thành bộ

Mục lục Giải Vật lí 11 Bài 10: Ghép các nguồn điện thành bộ

Video giải Vật lí 11 Bài 10: Ghép các nguồn điện thành bộ

Câu hỏi C1 trang 55 Vật lí 11:Hãy viết biểu thức liên hệ giữa suất điện động E với cường độ dòng điện I và các điện trở r, R, R₁ của mạch điện kín.

Lời giải:

Áp dụng định luật ôm cho toàn mạch ta có hệ thức liên hệ giữa suất điện động E với cường độ dòng điện I và các điện trở r, R, R₁ của mạch kín là:

$I=\frac{\text{E}}{R_1+R+r}$

Câu hỏi C2 trang 55 Vật lí 11: Hãy viết hệ thức liên hệ giữa hiệu điện thế U_AB, cường độ dòng điện I và điện trở R₁ đối với đoạn mạch hình 10.2b.

Lời giải:

Áp dụng định luật ôm cho đoạn mạch chứa điện trở thuần:

U_AB = I.R₁

Câu hỏi C3 trang 56 Vật lí 11: Hãy viết hệ thức tính U_BA đối với đoạn mạch hình 10.2a và tính hiệu điện thế này khi cho biết E = 6V; I = 0,5A; r = 0,3$\Omega$; và R = 5,7$\Omega$.

Lời giải:

Áp dụng định luật ôm cho đoạn mạch:

$I=\frac{\text{E}-U_{AB}}{R+r}=\frac{\text{E}+U_{BA}}{R+r}$

=> U_BA = I.(r + R) – E

Vận dụng với: E = 6V; I = 0,5A; r = 0,3 và R = 5,7

Ta có: U_BA = 0,5.(0,3 + 5,7) – 6 = - 3V

Bài 1 trang 58 Vật lí 11: Dòng điện chạy qua đoạn mạch chứa nguồn điện có chiều như thế nào?

Lời giải:

Dòng điện này có chiều đi ra từ cực dương và đi vào cực âm của nguồn.

Bài 2 trang 58 Vật lí 11: Trình bày các mối quan hệ đối với đoạn mạch chứa nguồn điện.

Lời giải:

Xét một đoạn mạch chứa nguồn điện như hình 10.2a.

Trong đó dòng điện có chiều từ B đến A;

R_AB là điện trở toàn phần trên đoạn mạch AB.

Các mối quan hệ giữa cường độ dòng điện I, hiệu điện thế U_AB, suất điện động E: $I=\frac{\text{E}-U_{AB}}{R+r}$ hay $U_{AB}=\text{E}-I(R+r)$

Bài 3 trang 58 Vật lí 11: Trình bày cách ghép các nguồn điện thành bộ nguồn nối tiếp và thành bộ nguồn song song. Trong từng trường hợp, hãy viết công thức tính suất điện động của bộ nguồn và điện trở trong của nó.

Lời giải:

Suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn:

E_b= E₁+ E₂+…..+ E_n

R_b = r₁ + r₂ + … + r_n

Trường hợp bộ nguồn gồm n nguồn giống nhau có cùng suất điện động E và điện trở trong r ghép nối tiếp thì: E_b= n.E  và r_b = n.r

- Bộ nguồn song song là bộ nguồn n nguồn giống nhau, trong đó cực dương của các nguồn được nối với một điểm A và cực âm của các nguồn được nối vào cùng một điểm B.

Suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn: E_b  =E  và $r_b=\frac{r}{n}$

Bài 4 trang 58 Vật lí 11: Một ắc quy có suất điện động và điện trở trong là E = 6V và r = 0,6Ω. Sử dụng acquy này để thắp sáng bóng đèn có ghi 6V - 3W. Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch và hiệu điện thế giữa hai cực của acquy khi đó.

Lời giải:

Điện trở của bóng đèn: $R=\frac{U^2}{\text{P}}=\frac{6^2}{3}=12\Omega$

Cường độ dòng điện chạy trong mạch: $I=\frac{\text{E}}{R+r}=\frac{6}{12+0,6}=\frac{10}{21}\approx 0,48A$

Xét đoạn mạch AB chứa nguồn (E, r) ta có: $I=\frac{\text{E}-U_{AB}}{r}$

=> Hiệu điện thế giữa hai cực của acquy:

 $U_{AB}=E–I.r=6-\frac{10}{21}.12=\frac{40}{7}\approx 5,712V$

Đáp án: a) I = 0,48A ; U = 5,712V

Bài 5 trang 58 Vật lí 11: Hai nguồn điện có suất điện động và điện trở trong lần lượt là $E_1=4,5V,r_1=3\Omega ;E_2=3V;r_2=2\Omega$. Mắc hai nguồn điện thành mạch điện kín như sơ đồ hình 10.6. Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch và hiệu điện thế U_AB

Lời giải:

Giả sử dòng điện trong mạch có chiều như hình vẽ.

Khi đó cả hai nguồn đều là nguồn phát (có chiều dòng điện đi ra từ cực dương)

Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch ta được: 

$I=\frac{{\text{E}}_1+{\text{E}}_2}{r_1+r_2}=\frac{4,5+3}{3+2}=1,5A>0$

= dòng điện có chiều đúng với chiều giả sử.

Xét đoạn mạch AB chứa nguồn (E₁, r₁) ta có:

$I=\frac{{\text{E}}_1-U_{AB}}{r_1}$

=> Hiệu điện thế:

U_AB = E₁ – I.r₁ = 44,5 – 1,5.3 = 0V

Đáp án: I = 1,5A; U_AB = 0V

Bài 6 trang 58 Vật lí 11: Trong mạch điện có sơ đồ như hình 10.7, hai pin có cùng suất điện động E = 1,5V và điện trở trong r = 1 Ω. Hai bóng đèn giống nhau có cùng số ghi trên đèn là 3V – 0,75W. Cho rằng điện trở của các đèn không thay đổi theo nhiệt độ.

a) Các đèn có sáng bình thường không? Vì sao?

b) Tính hiệu suất của bộ nguồn.

c) Tính hiệu điện thế giữa hai cực của mỗi pin.

d) Nếu tháo bớt một đèn thì đèn còn lại có công suất tiêu thụ điện năng là bao nhiêu?

Lời giải:

Điện trở của mỗi bóng đèn: 

$R=\frac{U^2}{\text{P}}=\frac{3^2}{0,75}=12\Omega$

Vì mạch ngoài chứa 2 đèn giống nhau mắc song song nên điện trở tương đương mạch ngoài là: $R_N=\frac{R}{2}=\frac{12}{2}=6\Omega$

Cường độ dòng điện qua mạch chính: 

$I=\frac{2\text{E}}{R_N+2r}=\frac{2.1,5}{R_N+2r}=0,375A$

(vì có 2 nguồn (E, r) ghép nối tiếp nên E_b = 2E, r_b = 2r)

a) Hiệu điện thế ở hai đầu mỗi đèn:

U_đ = I.R_N = 0,375.6 = 2,25V

Nhận xét: U_đ < U_đm = 3V nên hai đèn sáng yếu hơn bình thường.

b) Hiệu suất của bộ nguồn:

$H=\frac{U_d}{2\text{E}}=\frac{2,25}{2.1,5}.100\%=75\%$

c) Vì hai nguồn giống nhau ghép nối tiếp nên hiệu điện thế giữa hai cực mỗi pin:

$U_{1pin}=\frac{U_d}{2}=1,125V$

d) Nếu tháo bỏ một bóng đèn mạch ngoài chỉ còn 1 đèn nên điện trở mạch ngoài lúc này là: R’_N = 12 Ω

$I\text{'}=\frac{2\text{E}}{R_N+2r}=\frac{2.1,5}{12+2.1}\approx 0,214A$

Hiệu điện thế ở hai đầu đèn lúc này:

U’_đ = I. R’_N = 0,214.12 = 2,568V

Nhận xét: U’_đ > U_đ (2,568V > 2,25V) nên đèn còn lại sẽ sáng mạnh hơn lúc trước.

Đáp án:

a) đèn sáng yếu hơn bình thường;

b) H =75%

c) U_1pin = 1,125V ;

d) sáng mạnh hơn lúc trước.

Bài giảng Vật lí 11 Bài 10: Ghép các nguồn điện thành bộ