Công suất điện

Trong chương trình Vật lý lớp 9, kiến thức về công suất điện là một trong những nội dung quan trọng, thường xuất hiện trong các bài kiểm tra, đề thi học kỳ cũng như đề thi vào 10. Đây là khái niệm gắn liền trực tiếp với thực tiễn, giúp học sinh hiểu rõ hơn về cách tính lượng điện năng tiêu thụ của các thiết bị điện trong đời sống hằng ngày như bóng đèn, quạt điện, nồi cơm điện…

Bài viết này sẽ cung cấp cho bạn cái nhìn toàn diện về công suất điện, từ khái niệm, công thức, cách áp dụng đến những dạng bài tập minh họa có lời giải chi tiết. Thông qua đó, học sinh không chỉ nắm chắc lý thuyết mà còn biết cách vận dụng để giải quyết các bài toán thực tế. Đây chính là tài liệu hữu ích thuộc chuyên đề môn Vật lý lớp 9 có đáp án, hỗ trợ quá trình ôn tập và chuẩn bị tốt nhất cho kỳ thi sắp tới.

A. Lý thuyết về công suất 

I. TÓM TẮT LÍ THUYẾT

1. Công suất định mức của dụng cụ dùng điện

Số oát (W) ghi trên mỗi dụng cụ dùng điện cho biết công suất định mức của dụng cụ đó, nghĩa là công suất điện của dụng cụ này khi nó hoạt động bình thường.

2. Công thức tính công suất điện

Công suất điện của một đoạn mạch bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện qua đoạn mạch đó:

P = U.I

Trong đó: P là công suất (W)

U là hiệu điện thế (V)

I là cường độ dòng điện (A)

Ngoài đơn vị oát (W) còn thường dùng đơn vị kilôoát (kW) và mêgaoát (MW):

1 kW = 1000 W

1 MW = 1000000 W

II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI

Tính công suất điện của một đoạn mạch

Áp dụng công thức P = U.I

Ngoài ra dựa vào định luật Ôm ta có thể tính công suất bằng các biểu thức như sau:

\(P = U.I = {I^2}.R = \frac{{{U^2}}}{R}\)

B. Trắc nghiệm & Tự luận công suất có đáp án

Câu 1: Công suất điện cho biết:

A. khả năng thực hiện công của dòng điện.

B. năng lượng của dòng điện.

C. lượng điện năng sử dụng trong một đơn vị thời gian.

D. mức độ mạnh – yếu của dòng điện.

Hướng dẫn đáp án chi tiêt

Công suất điện cho biết lượng điện năng sử dụng trong một đơn vị thời gian.

→ Đáp án C

Câu 2: Công thức liên hệ công suất của dòng điện, cường độ dòng điện, trên một đoạn mạch giữa hai đầu có hiệu điện thế U là:

A. \(P = U.I\)       B. \(P = \frac{U}{I}\)          C. \(P = \frac{I}{U}\)              D. \(P = \frac{{{U^2}}}{I}\)

Hướng dẫn đáp án chi tiết

Công thức liên hệ công suất của dòng điện, cường độ dòng điện, trên một đoạn mạch giữa hai đầu có hiệu điện thế U là

→ Đáp án A

Câu 3: Có hai điện trở R₁ và R₂ = 2R₁ được mắc song song vào một hiệu điện thế không đổi. Công suất điện \({P_1} ;{P_2}\) tương ứng trên hai điện trở này có mối quan hệ nào dưới đây?

A. \({P_1} = {P_2}\)                     B. \({P_2} = 2{P_1}\)               C. \({P_1} = 2{P_2}\)                   D. \({P_1} = 4{P_2}\)

Hướng dẫn đáp án chi tiết

Vì hai điện trở R₁ và R₂ được mắc song song vào một hiệu điện thế không đổi U nên ta có: U = U₁ = U₂

Công suất trên hai điện trở:

\({P_1} = \frac{{U_1^2}}{{{R_1}}} = \frac{{{U^2}}}{{{R_1}}}\)

\({P_2} = \frac{{U_2^2}}{{{R_2}}} = \frac{{{U^2}}}{{{R_2}}}\)

\(\Rightarrow \frac{{{P_1}}}{{{P_2}}} = \frac{{{R_2}}}{{{R_1}}} = 2 \Rightarrow {P_1} = 2{P_2}\)

→ Đáp án C

Câu 4: Trên nhiều dụng cụ trong gia đình thường có ghi 220V và số oát (W). Số oát này có ý nghĩa gì?

A. Công suất tiêu thụ điện của dụng cụ khi nó được sử dụng với những hiệu điện thế nhỏ hơn 220V.

B. Công suất tiêu thụ điện của dụng cụ khi nó được sử dụng với đúng hiệu điện thế 220V.

C. Công mà dòng điện thực hiện trong một phút khi dụng cụ này được sử dụng với đúng hiệu điện thế 220V.

D. Điện năng mà dụng cụ tiêu thụ trong một giờ khi nó được sử dụng với đúng hiệu điện thế 220V.

Hướng dẫn đáp án chi tiết

Số oát ghi trên dụng cụ điện có ý nghĩa công suất tiêu thụ điện của dụng cụ khi nó được sử dụng với đúng hiệu điện thế 220V.

→ Đáp án B

Câu 5: Trên bóng đèn có ghi 6V – 3W. Khi đèn sáng bình thường thì dòng điện chạy qua đèn có cường độ là:

A. 0,5A                       B. 2A                 C. 18A                         D. 1,5A

Hướng dẫn đáp án chi tiết

Ta có:

\(P = U.I \Rightarrow I = \frac{P}{U} = \frac{3}{6} = 0,5\left( A \right)\)

→ Đáp án A

Câu 6: Trên bàn là có ghi 220V – 1100W. Khi bàn là này hoạt động bình thường thì nó có điện trở là bao nhiêu?

A. 0,2 Ω                 B. 5 Ω               C. 44 Ω               D. 5500 Ω

Hướng dẫn đáp án chi tiêt

Ta có: 

\(P = \frac{{{U^2}}}{R} \Rightarrow R = \frac{{{U^2}}}{P} = \frac{{{{220}^2}}}{{1100}} = 44\left( \Omega \right)\)

→ Đáp án C

Câu 7: Trên bóng đèn dây tóc Đ₁ có ghi 220V – 100W. Trên bóng đèn dây tóc Đ₂ có ghi 220V – 75W. Mắc song song hai bóng đèn này vào hiệu điện thế 220V. Tính công suất của đoạn mạch song song này.

A. 225W               B. 150W            C. 120W             D. 175W

Hướng dẫn đáp án chi tiêt

Điện trở của dây tóc bóng đèn Đ₁ và Đ₂:

\(\begin{matrix} {R_1} = \dfrac{{{U_1}^2}}{{{P_1}}} = \dfrac{{{{220}^2}}}{{100}} = 48\left( \Omega \right) \hfill \\ {R_2} = \dfrac{{{U_2}^2}}{{{P_2}}} = \dfrac{{{{220}^2}}}{{75}} = 645,3\left( \Omega \right) \hfill \\ \end{matrix}\)

Vì mạch mắc song song nên \(\frac{1}{R} = \frac{1}{{{R_1}}} + \frac{1}{{{R_2}}} = \frac{1}{{484}} + \frac{1}{{645,3}}\)

\(\Rightarrow R = 276,6\left( \Omega \right)\)

Công suất của đoạn mạch: \(P = \frac{{{U^2}}}{R} = \frac{{{{220}^2}}}{{276,6}} = 175\left( W \right)\)

→ Đáp án D

Câu 8: Trên bóng đèn dây tóc Đ₁ có ghi 220V – 100W. Trên bóng đèn dây tóc Đ₂ có ghi 220V – 75W. Mắc hai bóng đèn nối tiếp với nhau rồi mắc đoạn mạch này vào hiệu điện thế 220V. Tính công suất điện của đoạn mạch nối tiếp này, cho rằng điện trở của mỗi đèn khi đó bằng 50% điện trở của đèn đó khi sáng bình thường.

A. 86,8W               B. 33,3W               C. 66,7W              D. 85W

Hướng dẫn đáp án chi tiêt

Điện trở của dây tóc bóng đèn Đ₁ và Đ₂:

\({R_1} = \frac{{U_1^2}}{{{P_1}}} = \frac{{{{220}^2}}}{{100}} = 484\left( \Omega \right)\)

\({R_2} = \frac{{U_2^2}}{{{P_2}}} = \frac{{{{220}^2}}}{{75}} = 645,3\left( \Omega \right)\)

Điện trở tương đương của đoạn mạch mắc nối tiếp:

R = R₁ + R₂ = 484 + 645,3 = 1129,3 Ω

Cường độ dòng điện qua mạch:

\(I = \frac{U}{R} = \frac{{220}}{{1129,3}} \approx 0,195\left( A \right)\)

\(\Rightarrow I = {I_1} = {I_2} = 0,195\left( A \right)\)

Hiệu điện thế giữa hai đầu đèn Đ₁ và Đ₂:

U1 = I.R₁ = 0,195.484 = 94,38V

U2 = I.R₂ = 0,195.645,3 = 125,83V

Công suất của đoạn mạch:

\({P_1} = \frac{{U_1^2}}{{{R_1}}} = \frac{{94,{{38}^2}}}{{\frac{{484}}{2}}} = 36,8\left( W \right)\)

\({P_2} = \frac{{U_2^2}}{{{R_2}}} = \frac{{125,{{83}^2}}}{{\frac{{645,3}}{2}}} = 49\left( W \right)\)

\(\Rightarrow P = {P_1} + {P_2} = 86,8\left( W \right)\)

→ Đáp án A

Câu 9: Trên bóng đèn có ghi 220V – 75W

a) Tính điện trở và cường độ dòng điện định mức của bóng đèn (Xem điện trở của đèn phụ thuộc không đáng kể vào nhiệt độ).

b) Khi hiệu điện thế trên mạng điện bị sụt 10% thì công suất của đèn bị sụt bao nhiêu phần trăm.

c) Khi hiệu điện thế mắc vào đèn giảm đi n lần thì công suất tiêu thụ của nó tăng hay giảm bao nhiêu lần? Áp dụng trường hợp khi hiệu điện thế giữa hai đầu đèn giảm 3 lần thì công suất như thế nào?

Hướng dẫn giải chi tiết

a) Điện trở của đèn:

\(R = \frac{{{U^2}}}{P} = \frac{{{{220}^2}}}{{75}} = 645\left( \Omega \right)\)

Cường độ dòng điện định mức của đèn:

\(I = \frac{P}{U} = \frac{{75}}{{220}} \approx 0,341\)

b) Khi bị sụt 10% thì còn lại 90%:

U’ = 0,9.U = 0,9.220 = 198V

Công suất của đèn lúc đó: \(P' = \frac{{U{'^2}}}{R} = \frac{{{{198}^2}}}{{645}} \approx 61\left( W \right)\)

Độ sụt của công suất: \(\frac{{P - P'}}{P} = \frac{{75 - 61}}{{75}} \approx 19\%\)

c) Khi hiệu điện thế là U thì: \(P = \frac{{{U^2}}}{R}\)

Khi hiệu điện thế giảm đi n lần thì: \(P' = \frac{{U{'^2}}}{R} = \frac{{{{\left( {\frac{U}{n}} \right)}^2}}}{R} = \frac{{{U^2}}}{{{n^2}R}} = \frac{P}{{{n^2}}}\)

Khi hiệu điện thế giảm n lần thì công suất tiêu thụ giảm n² lần.

Áp dụng khi hiệu điện thế giảm 3 lần: \(P' = \frac{P}{{{3^2}}} = \frac{P}{9}\)

Vậy khi hiệu điện thế giảm 3 lần thì công suất tiêu thụ giảm 9 lần.

Câu 10: Trên bóng đèn có ghi 220V – 55W

a) Tính điện trở của bóng đèn khi nó hoạt động bình thường (Cho rằng điện trở của nó không phụ thuộc vào nhiệt độ).

b) Tính công suất tiêu thụ của bóng đèn khi sử dụng mạng điện có hiệu điện thế 200V. Khi đó bóng đèn hoạt động bình thường không? Có thể dùng cầu chì loại 0,6A cho bóng đèn này được không?

Hướng dẫn giải chi tiết

a) Điện trở của đèn khi đó: \(R = \frac{{{U^2}}}{P} = \frac{{{{220}^2}}}{{55}} = 880\left( \Omega \right)\)

b) Khi sử dụng mạng điện U = 200V

Công suất tiêu thụ của đèn là: _{\(P = \frac{{{U^2}}}{R} = \frac{{{{220}^2}}}{{880}} = 45,5\left( W \right)\)}

Ta thấy P = 45WW  < P_dm = 55W 

Suy ra đèn sáng yếu hơn bình thường.

Cường độ dòng điện định mức của đèn: \({I_{dn}} = \frac{P}{U} = \frac{{55}}{{220}} = 0,25\left( A \right)\)

Vì I_đm = 0,25A < 0,6A nên không thể dùng cầu chì loại 0,6A để bảo vệ cho bóng đèn này được.

-------------------------------------------------------

Có thể thấy, công suất điện không chỉ là một khái niệm lý thuyết trong Vật lý 9 mà còn mang tính ứng dụng cao trong đời sống thực tế. Việc hiểu rõ bản chất, công thức tính và cách áp dụng vào từng bài toán cụ thể sẽ giúp học sinh rèn luyện khả năng phân tích, tính toán và tư duy logic.

Qua bài viết này, bạn đã được hệ thống lại toàn bộ kiến thức trọng tâm về công suất điện, kèm theo các ví dụ minh họa và bài tập có đáp án chi tiết. Hy vọng rằng đây sẽ là tài liệu hữu ích giúp bạn củng cố kiến thức, nâng cao kỹ năng giải bài tập, từ đó tự tin hơn khi bước vào các kỳ kiểm tra và kỳ thi quan trọng. Hãy kết hợp học lý thuyết với thực hành thường xuyên để đạt hiệu quả ôn tập cao nhất!