Bài 24. Nguồn điện trang 102, 103, 104, 105 Vật Lí 11 Kết nối tri thức

KĐ

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? Vi sao nguồn điện có thể tạo ra dòng điện?

Phương pháp giải:

Dựa vào nội dung kiến thức đã học của những bài trước để trả lời.

Lời giải chi tiết:

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 (-). 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, có nghĩa là sự tích điện khác nhau ở các cực của nguồn điện tiếp tục được duy trì.

CH

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?

Phương pháp giải:

Dựa vào nội dung kiến thức đã học để trả lời.

Lời giải chi tiết:

Vì sau một thời gian thì các electron tự do đã di chuyển hết sang cực dương không còn electron tự do di chuyển trong mạch nữa nên dòng điện cũng mất dần. Cần cung cấp thêm các electron tự do để duy trì dòng điện.

CH 1

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?

Phương pháp giải:

Dựa vào nội dung kiến thức đã học để trả lời.

Lời giải chi tiết:

Số chỉ vôn kế khi này sẽ giống số vôn ghi trên nguồn điện.

Điều đó có nghĩa là giữa hai đầu của nguồn điện tồn tại một hiều điện thế, nếu mắc vào đó một bóng đèn thì đèn sẽ sáng.

CH 2

Từ biểu thức \(U = \xi  - Ir\) (24.5), hãy:

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 ξ của nguồn?

Phương pháp giải:

Dựa vào nội dung kiến thức đã học để trả lời.

Lời giải chi tiết:

1. Điện trở trong trường hợp này đóng vai trò như vật tiêu thụ điện và không có ảnh hưởng gì đến hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn.

2. Một đoạn mạch có nguồn và các vật tiêu thụ điện. Mạch trong gồm có các nguồn, mạch ngoài gồm có các vật tiêu thụ điện. Trong mạch kín, dòng điện chạy qua cả mạch ngoài và mạch trong nên nguồn điện cũng là một vật dẫn điện và như vậy nguồn sẽ có điện trở. Nên suất điện động bao gồm hiệu điện thế mạch trong cộng với hiệu điện thế mạch ngoài. Hiệu điện thế mạch ngoài là U = IR, hiệu điện thế mạch trong bằng Ir. Suất điện động và hiệu điện thế có cùng đơn vị là Vôn.

3. Nếu mạch ngoài hở thì suất điện động của nguồn có giá trị bằng hiệu điện thế hai cực của nó.

CH

Vì sao sẽ rất nguy hiểm nếu hiện tượng đoản mạch xảy ra đối với mạng điện ở gia đình?

Phương pháp giải:

Dựa vào nội dung kiến thức đã học để trả lời.

Lời giải chi tiết:

Sẽ rất nguy hiểm nếu xảy ra hiện tượng đoạn mạch đối với mạng điện gia đình vì khi đó 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

Cho mạch điện như Hình 24.6. Suất điện động ξ = 10V, bỏ qua điện trở trong của nguồn. Các giá trị điện trở R₁ = 20 Ω, R₂ = 40 Ω, R₃ = 50 Ω

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

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

Phương pháp giải:

Dựa vào nội dung kiến thức đã học để trả lời.

Lời giải chi tiết:

Ta có: R₁ ∥ R₂ ∥ R₃

Điện trở tương đương của mạch là: \(\frac{1}{{{R_{td}}}} = \frac{1}{{{R_1}}} + \frac{1}{{{R_2}}} + \frac{1}{{{R_3}}} \Rightarrow {R_{td}} = \frac{{200}}{{19}}\Omega \)

a) Cường độ dòng điện chạy qua điện trở R₁: I₁ = \(\frac{\xi }{{{R_1}}} = \frac{{10}}{{20}}\)= 0,5(A)

b) Cường độ dòng điện chạy qua mạch điện chính: I = \(\frac{\xi }{{{R_{td}}}} = \frac{{10}}{{\frac{{200}}{{19}}}}\)= 0,95(A).

Bài 2

Cho mạch điện như Hình 24.7. Các giá trị điện trở R₁ = 20Ω, R₂ = 4Ω và R₃ = 6Ω. Suất điện động của nguồn ξ = 12V, điện trở trong của nguồn r = 0,6 Ω.

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.

Phương pháp giải:

Dựa vào nội dung kiến thức đã học để trả lời.

Lời giải chi tiết:

Ta có: R₁ nt (R₂ ∥ R₃)

a) Điện trở của đoạn mạch AB là: \({R_{td}} = {R_1} + \frac{{{R_2}{R_3}}}{{{R_2} + {R_3}}} = 3 + \frac{{4.6}}{{4 + 6}} = 5,4\Omega \)

b) Vì R₁ nt (R₂ ∥ R₃) nên cường độ dòng điện chạy trong mạch bằng cường độ dòng điện chạy qua R₁ bằng cường độ dòng điện chạy qua mạch R₂R₃ :

I = I₁ = I₂₃ =\(\frac{\xi }{{{R_{td}} + r}} = \frac{{12}}{{5,4 + 0,6}}\) =2A

Hiệu điện thế mạch ngoài AB là: U = IR_td = 10,8V

Hiệu điện thế giữa hai đầu R₁ là U₁ = I₁.R₁ = 2.3 = 6V

Hiệu điện thế giữa hai đầu R₂R₃ bằng hiệu điện thế giữa hai đầu R₂ và R₃ là:

U₂₃ = U₂ = U₃ =U − U₁ = 10,8−6 = 4,8V

Cường độ dòng điện chạy qua R₂ là \(\frac{{{U_{23}}}}{{{R_2}}} = \frac{{4,8}}{4}\)=1,2A

Cường độ dòng điện chạy qua R₃ là \(\frac{{{U_{23}}}}{{{R_3}}} = \frac{{4,8}}{6}\)= 0,8A