Giải SBT Lý 9 bài 14: Bài tập về công suất điện và điện năng sử dụng

Giải sách bài tập Vật lý 9 bài 14

Giải SBT Vật lý lớp 9 bài 14: Bài tập về công suất điện và điện năng hướng dẫn giải chi tiết cho 10 bài tập trong sách bài tập Vật lý 9 trang 40, 41, giúp các em dễ dàng so sánh đối chiếu với bài làm của mình, từ đó nâng cao kỹ năng giải Lý 9 và học tốt môn Vật lý hơn. Sau đây là nội dung chi tiết, mời các bạn tham khảo.

Bài 14.1; 14.2 trang 40 SBT Vật lý 9

14.1. Điện năng không thể biến đổi thành:

A. Cơ năng

B. Nhiệt năng

C. Hóa năng

D. Năng lượng nguyên tử.

Trả lời: 14.1 C

14.2. 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.

Trả lời:

14.2 D

Bài 14.3 trang 40 SBT Vật lý 9

Trên một bóng đèn dây tóc có ghi 220V-100W.

a. Tính điện năng sử dụng trong 30 ngày khi thắp sáng bình thường bóng đèn này mỗi ngày 4 giờ.

b. Mắc nối tiếp 2 bóng đèn cùng loại trên đây vào hiệu điện thế 220V. Tính công suất của đoạn mạch nối tiếp này và tính công suất của mỗi bóng đèn khi đó.

c. Mắc nối tiếp bóng đèn trên đây với một bóng đèn dây tóc khác có ghi 220V-75W vào hiệu điện thế 220V. Hỏi các bóng đèn này có thể bị hỏng không? Nếu không, hãy tính công suất của đoạn mạch này và công suất của mỗi đèn.

Cho rằng điện trở của các bóng đèn trong trường hợp b và c trên đây có giá trị như khi chúng sáng bình thường.

Trả lời:

a) Điện năng sử sụng trong 30 ngày là:

A = 0,1.4.30 = 12kW.h = 4,32.107J

b) Điện trở của đèn là: R = U²/℘ = 220²/100 = 484Ω

Khi hai đèn mắc nối tiếp, cường độ dòng điện chạy qua mỗi đèn là:

I = U/R_td = U/2R = 220/(2.484) = 0,227A

Công suất của đoanh mạch nối tiếp là: ℘đm = UI = 220.0,227 ≈ 50W

Công suất của mỗi bóng đèn là: ℘ = ℘_dm/2 = 50/2 = 25W

c) Điện trở của đèn thứ nhất là: R₁ = U²/℘₁ = 220²/100 = 484Ω

Điện trở của đèn thứ hai là: R₂ = U²/℘₂ = 220²/75 = 645,3Ω

Cường độ dòng điện chạy qua hai đèn là: I=UR=0,195AI=UR=0,195A

Vì R₁ và R₂ mắc nối tiếp nên I₁ = I₂ = I = 0,195A

Hiệu điện thế đặt lên mỗi đèn là:

U₁ = IR₁ = 94,4V và U₂ = IR₂ = 125,8V

Vì U₁ và U₂ đều nhỏ hơn hiệu điện thế định mức nên các đèn không bị hỏng

Công suất của đoạn mạch là: ℘_đm = UI = 0,195 x 220 = 42,9W

Công suất của đèn thứ nhất là: ℘₁ = U₁ . I₁ = 0,195 x 94,4 = 18,4W

Công suất của đèn thứ hai là: ℘₂ = U₂ . I₂ = 0,195 x 125,8 = 24,5W

Bài 14.4 trang 40 SBT Vật lý 9

Trên một bóng đèn dây tóc có ghi 220V-100W và trên một bóng đèn dây tóc khác có ghi 220V-40W.

a. So sánh điện trở của hai bóng đèn khi chúng sáng bình thường.

b. Mắc nối tiếp hai bóng đèn này vào hiệu điện thế 220V thì đèn nào sáng hơn? Vì sao? Tính điện năng mà mạch điện này sử dụng trong 1 giờ. Cho rằng điện trở của các bóng đèn có giá trị như khi chúng sáng bình thường.

c. Mắc song song hai bóng đèn này vào hiệu điện thế 220V thì đèn nào sáng hơn? Vì sao? Tính điện năng mà mạch điện này sử dụng trong 1 giờ.

Trả lời:

a) Điện trở của đèn thứ nhất là: R₁ = U²/℘₁ = 220²/100 = 484Ω

Điện trở của đèn thứ hai là: R₂ = U²/℘₂ = 220²/40 = 1210Ω

Lập tỉ lệ: R₂/R₁ = 1210/484 = 2,5 ⇒ R₂ = 2,5R₁

b) Khi mắc nối tiếp hai đèn này vào hiệu điện thế 220V, dòng điện chạy qua hai đèn có cùng cường độ I thì đèn có điện trở lớn hơn sẽ sáng hơn. Như vậy đèn thứ hai (loại 40W) sẽ sáng hơn.

Cường độ dòng điện trong đoạn mạch là:

I = U/(R₁ + R₂) = 220/(484 + 1210) = 0,13A

Vì R₁ và R₂ mắc nối tiếp nên: I₁ = I₂ = I = 0,13A

Điện năng mạch điện tiêu thụ trong 1 giờ là:

A = P.t = U.I.t = 220. 0,13.3600 = 102960J ≈0,0286kW.h

Điện năng mạch điện tiêu thị trong 1 giờ là:

A = (P₁ + P₂).t = 140W.h

Điện năng mà mạch điện thụ trong 1 giờ là:

A = (℘₁ + ℘₂).t = (100 +40).3600 = 504000J = 0,14kW.h.

Bài 14.5 trang 40 SBT Vật lý 9

Trên một bàn là có ghi 110V-550V và trên một bóng đèn dây tóc có ghi 110V-40W.

a. Tính điện trở của bàn là và của bóng đèn khi chúng hoạt động bình thường.

b. Có thể mắc nối tiếp bàn là và bóng đèn này vào hiệu điện thế 220V được không? Vì sao? Cho rằng điện trở của bàn là và của bóng đèn có giá trị như đã tính ở câu a.

c. Có thể mắc nối tiếp hai dụng cụ này vào hiệu điện thế lớn nhất là bao nhiêu để chúng không bị hỏng? Tính công suất của mỗi dụng cụ khi đó.

Trả lời:

a) Điện trở của bàn là là: R₁ = U²/℘₁ = 1102/550 = 22Ω

Điện trở của bóng đèn là: R₂ = U²/℘₂ = 1102/40 = 302,5Ω

b) Khi mắc nối tiếp bàn là và đèn vào hiệu điện thế 220V, dòng điện chạy qua chúng có cường độ là I = 0,678A

Khi đó hiệu điện thế đặt vào bàn là là:

U₁ = IR₁ = 0,678 × 22 = 14,9V

U₂ = IR₂ = 0,678 × 302,5 = 205,1V

Hiệu điện thế đặt vào đèn là: U₂ = IR₂ = 0,678 × 302,5 = 205,1V.

Cả hai hiệu điện thế trên đều lớn hơn hiệu điện thế định mức 110V nên đèn sẽ hỏng.

Vậy không thể mắc nối tiếp hai dụng cụ điện này vào hiệu điện thế 220V.

c) Cường độ định mức của bàn là và đèn tương ứng là I₁ = 5A và I2 = 0,364A. Khi mắc nối tiếp hai dụng cụ điện này thì dòng điện chạy qua chúng có cùng cường độ và chỉ có thể lớn nhất I_max = I₂ = 0,364A, vì nếu lớn hơn thì bóng đèn sẽ hỏng. Vậy có thể mắc nối tiếp hai dụng cụ này vào hiệu điện thế lớn nhất là:

U_max = I_max(R₁ + R₂) = 118V

Công suất của bàn là khi đó: ℘₁ = I₁².R₁ = 2,91W

Công suất của đèn khi đó: ℘₁ = I₂².R₂ = 40W

Bài 14.6 trang 41 SBT Vật lý 9

Một quạt điện dùng trên xe ôtô có ghi 12V-15W.

a. Cần phải mắc quạt vào hiệu điện thế là bao nhiêu để nó chạy bình thường? Tính cường độ dòng điện chạy qua quạt khi đó.

b. Tính điện năng mà quạt sử dụng trong một giờ khi chạy bình thường.

c. Khi quạt chạy, điện năng được biến đổi thành các dạng năng lượng nào? Cho rằng hiệu suất của quạt là 85%, Tính điện trở của quạt.

Trả lời:

a) Phải mắc quạt vào hiệu điện thế định mức U = 12V.

Điện trở của quạt là: R = U₂/℘ = 122/15 = 9,6Ω

Cường độ dòng điện chạy qua quạt là: I = U/R = 12/9,6 = 1,25A

b) Điện năng quạt tiêu thụ trong 1 giờ là:

A = UIt = 12 × 1,25 × 3600 = 54000J = 0,015 kW.h

c) Điện năng được biến đổi thành cơ năng và nhiệt năng

Phần điện năng biến đổi thành nhiệt năng trong 1 giây là:

℘_nh = ℘(1-H) = 15 × 0,15 = 2,25J.

Điện trở của quạt là: R = ℘_nh/I² = 1,44Ω

Bài 14.7 trang 41 SBT Vật lý 9

Một bàn là được sử dụng với hiệu điện thế 220V thì tiêu thụ một lượng điện năng là 990kJ trong 15 phút.

a. Tính cường độ dòng điện chạy qua dây nung của bàn là khi đó.

b. Tính điện trở của dây nung này khi đó

Trả lời:

a) Cường độ dòng điện qua dây nung:

A = U.I.t ⇒ I = A/(U.t) = 900000/(220.15.60) = 4,55A ≈ 5A

b) Điện trở của dây nung:

R = U/I = 220/5 = 44Ω

Bài 14.8 trang 41 SBT Vật lý 9

Một bếp điện được sử dụng với hiệu điện thế U =2 20V thì dòng điện chạy qua dây nung của bếp có cường độ I = 6,8A.

a. Tính công suất của bếp điện khi đó.

b. Mỗi ngày bếp được sử dụng như trên trong 45 phút.Tính phần điện năng có ích A₁ mà bếp cung cấp trong 30 ngày, biết rằng hiệu suất của bếp là H = 80%.

Trả lời:

a) Công suất tiêu thụ của bếp là: ℘ = U.I = 220 × 6,7 = 1496W

b) Điện năng tiêu thụ của bếp trong 30 ngày .

A = ℘.t = 1496.30.45.60 = 121176000 (J)

Điện năng có ích của bếp:

$H = \dfrac{A_{ci}}{A}.100 \\\Rightarrow A_{ci}= \dfrac{A.H}{100}$ $H = \dfrac{A_{ci}}{A}.100 \\\Rightarrow A_{ci}= \dfrac{A.H}{100}$

$= \dfrac{80.121176000}{100} \\= 96940800(J) = 26,928(kWh)$ $= \dfrac{80.121176000}{100} \\= 96940800(J) = 26,928(kWh)$

Bài 14.9 trang 41 SBT Vật lý 9

Hai điện trở R₁ = 12Ω và R₂ = 36Ω được mắc song song vào hiệu điện thế U thì công suất tương ứng là P_1s và P_2s. Khi mắc nối tiếp hai điện trở này cùng vào hiệu điện thế U như trên thì công suất của mỗi điện trở tương ứng là P_1n và P_2n.

a. Hãy so sánh P_1s và P_2s và P_1n và P_2n.

b. Hãy so sánh P_1s và P_1n và P_2s và P_2n.

c. Hãy so sánh công suất tổng cộng P_s khi mắc song song với công suất tổng cộng P_n khi mắc nối tiếp hai điện trở như đã nêu trên đây.

Trả lời:

Điện trở tương đương khi R₁ mắc nối tiếp với R_2.

$R_{tđ}=R_1+R_2=12+36=48\Omega$ $R_{tđ}=R_1+R_2=12+36=48\Omega$

Điện trở tương đương khi R₁ mắc song song với R₂:

$\dfrac{1}{R_{tđ}} = \dfrac{1}{R_1} + \dfrac{1}{R_2} =\dfrac {1}{12}+ \dfrac{1}{36}$ $\dfrac{1}{R_{tđ}} = \dfrac{1}{R_1} + \dfrac{1}{R_2} =\dfrac {1}{12}+ \dfrac{1}{36}$

$\Rightarrow {R_{tđ}} = \dfrac{12.36}{12 + 36} = 9\Omega$ $\Rightarrow {R_{tđ}} = \dfrac{12.36}{12 + 36} = 9\Omega$

a) Công suất tiêu thụ khi R₁ mắc song song với R₂.

${\wp _{1{\rm{s}}}} = \dfrac{U_1^2}{R_1}$ ${\wp _{1{\rm{s}}}} = \dfrac{U_1^2}{R_1}$

${\wp _{{\rm{2s}}}} = \dfrac{U_2^2}{R_2}$ ${\wp _{{\rm{2s}}}} = \dfrac{U_2^2}{R_2}$

Lập tỉ lệ: $\dfrac{\wp _{1s}}{\wp _{2s}} = \dfrac{U_1^2.R_2}{R_1.U_2^2}$ $\dfrac{\wp _{1s}}{\wp _{2s}} = \dfrac{U_1^2.R_2}{R_1.U_2^2}$

$\Leftrightarrow \dfrac{\wp _{1s}}{\wp _{2s}}=\dfrac{R_2}{R_1} = \dfrac{36}{12}$ $\Leftrightarrow \dfrac{\wp _{1s}}{\wp _{2s}}=\dfrac{R_2}{R_1} = \dfrac{36}{12}$ (U₁ = U₂ vì R₁//R₂)

$\Rightarrow {\wp _{1s}} = 3{\wp _{2{\rm{s}}}}$ $\Rightarrow {\wp _{1s}} = 3{\wp _{2{\rm{s}}}}$

Công suất tiêu thụ khi R₁ mắc nối tiếp với R₂.

$\dfrac{\wp _{1n}}{\wp _{2n}} = \dfrac{I_1^2.R_1}{I_2^2.R_2} = \dfrac{R_1}{R_2} =\dfrac{12}{36} = \dfrac{1}{3}$ $\dfrac{\wp _{1n}}{\wp _{2n}} = \dfrac{I_1^2.R_1}{I_2^2.R_2} = \dfrac{R_1}{R_2} =\dfrac{12}{36} = \dfrac{1}{3}$

$\Rightarrow {\wp _{1n}} = 3{\wp _{2n}}$ $\Rightarrow {\wp _{1n}} = 3{\wp _{2n}}$ (I₁ = I₂ vì R₁ nt R₂).

b) Khi R₁ nối tiếp với R₂ thì:

$U{tm} =U_1+ U_2= IR_1 + IR_2\\ = U_1 + 3U_1 = 4U_1$ $U{tm} =U_1+ U_2= IR_1 + IR_2\\ = U_1 + 3U_1 = 4U_1$

$\Rightarrow {U_1} = \dfrac{U}{4}$ $\Rightarrow {U_1} = \dfrac{U}{4}$ và ${U_2} = \dfrac{3U}{4}$ ${U_2} = \dfrac{3U}{4}$

Công suất tiêu thụ của R₁, R₂:

${\wp _{1n}} = \dfrac{U_1^2}{R_1} = \dfrac{({\dfrac{U}{4}})^2}{R_1} = \dfrac{U^2}{16.R_1}$ ${\wp _{1n}} = \dfrac{U_1^2}{R_1} = \dfrac{({\dfrac{U}{4}})^2}{R_1} = \dfrac{U^2}{16.R_1}$

và ${\wp _{2n}} =\dfrac {U_2^2}{R_2} = \dfrac{({\dfrac{3U}{4}})^2}{R_2} = \dfrac{9.U^2}{16R_2}$ ${\wp _{2n}} =\dfrac {U_2^2}{R_2} = \dfrac{({\dfrac{3U}{4}})^2}{R_2} = \dfrac{9.U^2}{16R_2}$

Lập tỉ lệ:

$\dfrac{\wp _{1s}}{\wp _{1n}} = \dfrac{U^2}{R_1}.\dfrac{16R_1}{U^2} = 16 \\\Rightarrow {\wp _{1{\rm{s}}}} = 16{\wp _{1n}}$ $\dfrac{\wp _{1s}}{\wp _{1n}} = \dfrac{U^2}{R_1}.\dfrac{16R_1}{U^2} = 16 \\\Rightarrow {\wp _{1{\rm{s}}}} = 16{\wp _{1n}}$

c) Lập tỉ lệ:

$\dfrac{\wp _{2s}}{\wp _{2n}} = \dfrac{U^2}{R_2}.\dfrac{16R_2}{9U^2} = \dfrac{16}{9} \\\Rightarrow {\wp _{{\rm{2s}}}} = \dfrac{16}{9}{\wp _{2n}}$ $\dfrac{\wp _{2s}}{\wp _{2n}} = \dfrac{U^2}{R_2}.\dfrac{16R_2}{9U^2} = \dfrac{16}{9} \\\Rightarrow {\wp _{{\rm{2s}}}} = \dfrac{16}{9}{\wp _{2n}}$

Áp dụng công thức:

${\wp _s} = \dfrac{U^2}{R_{ss}} = \dfrac{U^2}{9}$ ${\wp _s} = \dfrac{U^2}{R_{ss}} = \dfrac{U^2}{9}$

${\wp _n} = \dfrac{U^2}{R_{nt}}=\dfrac{U^2}{48}$ ${\wp _n} = \dfrac{U^2}{R_{nt}}=\dfrac{U^2}{48}$

Lập tỉ lệ:

$\dfrac{\wp _s}{\wp _n} = \dfrac{U^2}{9}.\dfrac{48}{U^2} = \dfrac{48}{9} =\dfrac{16}{3} \\\Rightarrow {\wp _s} = {{16} \over 3}{\wp _n}$ $\dfrac{\wp _s}{\wp _n} = \dfrac{U^2}{9}.\dfrac{48}{U^2} = \dfrac{48}{9} =\dfrac{16}{3} \\\Rightarrow {\wp _s} = {{16} \over 3}{\wp _n}$

Bài 14.10 trang 41 SBT Vật lý 9

Cho hai bóng đèn dây tóc có ghi số 6V-3W và 6V-2W.

a. Tính điện trở của dây tóc mỗi bóng đèn này khi chúng sáng bình thường.

b. Cho biết vì sao khi mắc nối tiếp hai bóng đèn này vào hiệu điện thế U = 12V thì chúng không sáng bình thường.

c. Lập luận để chứng tỏ rằng có thể mắc hai bóng đèn này cùng với một biến trở vào hiệu điện thế U nêu trên để chúng sáng bình thường. Vẽ sơ đồ mạch điện này.

d. Tính điện trở của biến trở khi đó và điện năng mà nó tiêu thụ trong 30 phút.

Trả lời:

${R_1} = \dfrac{U_1^2}{\wp _1} = \dfrac{6^2}{3} = 12\Omega$ ${R_1} = \dfrac{U_1^2}{\wp _1} = \dfrac{6^2}{3} = 12\Omega$

${R_2} = \dfrac{U_2^2}{\wp _2} = \dfrac{6^2}{2} = 18\Omega$ ${R_2} = \dfrac{U_2^2}{\wp _2} = \dfrac{6^2}{2} = 18\Omega$

b) Cường độ dòng điện định mức của đèn:

${I_1} = \dfrac{\wp _1}{U_1} = \dfrac{3}{6} = 0,5{\rm{A}}$ ${I_1} = \dfrac{\wp _1}{U_1} = \dfrac{3}{6} = 0,5{\rm{A}}$

${I_2} = \dfrac{\wp _2}{U_2} =\dfrac{2}{6} = 0,3{\rm{A}}$ ${I_2} = \dfrac{\wp _2}{U_2} =\dfrac{2}{6} = 0,3{\rm{A}}$

Nếu mắc Đ1 nối tiếp với Đ₂ thì $I_1$ = $I_2$ thì đèn sáng bình thường nhưng $I_1$ > $I_2$ nên mắc $Đ_1$ nối tiếp với Đ₂ thì bóng đèn Đ₂ sẽ hỏng.

c) Để hai đèn sáng bình thường thì ta phải mắc thêm một biến trở vào mạch.

Vì U₁ = U₂ = 6V < U = 12V và I_đm1 ≠ I_đm2 nên có thể hai đèn Đ₁ và Đ₂ phải song song với nhau và nối tiếp với biến trở R_b như hình vẽ, sao cho:

I_b = I_đm1 + I_đm2 = 0,5 + 1/3 = 5/6A

và U_b = U - U₁₂ = 12 – 6 = 6V

d) Cường độ dòng điện qua biến trở :

$I = I_{12} = I_b = I_1 + I_2 \\= 0,5 + 0,3 = 0,8A$ $I = I_{12} = I_b = I_1 + I_2 \\= 0,5 + 0,3 = 0,8A$

Điện trở tương đương của toàn mạch:

$R = \frac{U}{I} = \frac{{12}}{{0,8}} = 15(\Omega )$ $R = \frac{U}{I} = \frac{{12}}{{0,8}} = 15(\Omega )$

Điện trở tương đương của hai bóng đèn:

$\dfrac{1}{R_{12}} = \dfrac{1}{R_1} + \dfrac{1}{R_2} = \dfrac{1}{12} + \dfrac{1}{18} \\\Rightarrow {R_{12}} = 7,2\Omega$ $\dfrac{1}{R_{12}} = \dfrac{1}{R_1} + \dfrac{1}{R_2} = \dfrac{1}{12} + \dfrac{1}{18} \\\Rightarrow {R_{12}} = 7,2\Omega$

Điện trở của biến trở:

$R_b= R – R_{12} = 15 – 7,2 = 7,8Ω$ $R_b= R – R_{12} = 15 – 7,2 = 7,8Ω$

Điện năng tiêu thụ của biến trở:

${A_b} = \dfrac{U_b^2}{R_b}.t = \dfrac{6^2}{7,8}.1800 = 8307,7J$ ${A_b} = \dfrac{U_b^2}{R_b}.t = \dfrac{6^2}{7,8}.1800 = 8307,7J$

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

Ngoài Giải bài tập SBT Vật lý lớp 9 bài 14: Bài tập về công suất điện và điện năng sử dụng, mời các bạn tham khảo thêm Giải Vở BT Vật Lý 9, Giải bài tập Vật Lí 9, Trắc nghiệm Vật lý 9 được cập nhật liên tục trên VnDoc để học tốt môn Lý 9 hơn.

Chia sẻ, đánh giá bài viết

40

24.504

Bài trước

Bài sau