Giải bài tập trang 58 SGK Vật lý lớp 11: Ghép các nguồn điện thành bộ

1 3.933

Giải bài tập trang 58 SGK Vật lý lớp 11: Ghép các nguồn điện thành bộ

Giải bài tập trang 58 SGK Vật lý lớp 11: Ghép các nguồn điện thành bộ. Tài liệu giúp bạn nắm chắc được những kiến thức cơ bản của bài học và hướng dẫn giải các bài tập trong SGK. Mời các bạn tham khảo.

Giải bài tập trang 54 SGK Vật lý lớp 11: Định luật ôm đối với toàn mạch

Giải bài tập trang 45 SGK Vật lý lớp 11: Dòng điện không đổi, nguồn điện

Tóm tắt kiến thức cơ bản: Ghép các bộ nguồn thành bộ

1. Đoạn mạch chứa nguồn điện

Đối với đoạn mạch chứa nguồn điện có chiều từ cực dương và tới cực âm. Tương tự hệ thức 9.3 ở bài trước ta có hệ thức liên hệ giữa hiệu điện thế UAB, cường độ dòng điện I và các điện trở r, R:

Giải bài tập trang 58 SGK Vật lý lớp 11

UAB = ξ – I(r + R)

Hay I = (ξ - UAB)/(R + r) = (ξ - UAB)/RAB.

Trong đó RAB = r + R là điện trở tổng của đoạn mạch.

Nếu đi theo chiều này trên đoạn mạch hình 10.1 mà gặp cực dương của nguồn điện trước thì suất điện động ξ được lấy với giá trị dương, dòng điện có chiều từ B tới A ngược chiều với hiệu điện thế thì tổng độ giảm thế I(R + r) được lấy giá trị âm.

2. Ghép các nguồn điện thành bộ.

Có thế ghép các nguồn điện thành bộ theo một trong các cách sau đây.

a. Bộ nguồn nối tiếp

Giải bài tập trang 58 SGK Vật lý lớp 11

Bộ nguồn nối tiếp là bộ nguồn gồm các nguồn điện được ghép nối tiếp với nhau. Trong đó cực âm của nguồn điện trước được nối với cực dương của nguồn điện tiếp sau để thành một dãy liên tiếp. Như vậy A là cực dương, B là cực âm của bộ nguồn.

Ta có UAB = UAM + UMN + ... + UQB do đó. ξb = ξ1 + ξ2 + ...+ ξn

Suất điện động của bộ nguồn được ghép nối tiếp bằng tổng các suất điện động của các nguồn có trong bộ.

Điện trở trong rb bằng tổng các điện trở trong của các nguồn có trong bộ: rb = r1 + r2 + ... + rn

b. Bộ nguồn song song.

Giải bài tập trang 58 SGK Vật lý lớp 11

Khi các nguồn giống nhau có cực dương nối với nhau, cực âm nối với nhau gọi là nối song song, Khi mạch hở hiệu điện thế UAB bằng suất điện động của mỗi nguồn và bằng suất điện động của bộ, và điện trở trong của bộ nguồn điện là tương đương của n điện trở r mắc song song, Do đó: ξb = ξ; rb = r/n 

c. Bộ nguồn mắc hỗn hợp đối xứng.

Giải bài tập trang 58 SGK Vật lý lớp 11

ξb = mξ; rb = mr/n

Với n là dãy song song, m là số nguồn của mỗi dãy

Giải bài tập trang 58 SGK Vật lý lớp 11

Bài 1: Dòng điện chạy qua đoạn mạch chứa nguồn điện có chiều như thế nào?

Giải: Dòng điện chạy qua đoạn mạch chứa nguồn điện có chiều đi ra từ cực dương của nguồn điện.

Bài 2. Hãy trình bày các mối quan hệ trong đoạn mạch có chứa nguồn điện.

Giải: Trong đoạn mạch có chứa nguồn điện (hình 10.5) mối quan hê giữa các đại lượng được biểu diễn bằng các công thức: UAB = ξ – I(r + R)

Giải bài tập trang 58 SGK Vật lý lớp 11

Bài 3. Trình bày các cách mắc nguồn điện thành bộ nguồn nổi 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.

Giải bài tập trang 58 SGK Vật lý lớp 11

Giải:

- Cách mắc nguồn điện thành bộ nguồn nối tiếp: Gọi I là cường độ dòng điện chạy trong đoạn mạch AB (từ B đến A), U1, U2,..., Un là hiệu điện thế giữa hai cực của mỗi nguồn (hình 10.6). Ta có: UAB = U1 + U2 +... + Un

- Theo định luật Ôm: U1 = ξ1 - r1I, U2 = ξ2 - r2I, ..., Un = rnI

Từ đó UAB = (ξ1 + ξ2 + ... + ξn) - (r1 + r2 + ... + rn)I (1)

Ta lại có UAB = ξb - rbI (2)

Từ (1) và (2) suy ra: ξb = ξ1 + ξ2 + ... + ξn

rb = r1 + r2 + ... + rn

- Cách mắc nguồn điện thành bộ nguồn mắc song song (hình 10.7) ta có:

U = U1 + U2 + ... + Un

I = I1 + I2 + ... + In

Theo định luật Ôm: U = ξ - rI1, U = E - rT2, ..., U = ξ - rIn

=> I1 = ξ - U/r, I2 = ξ - U/r, ..., In = ξ - U/r

=> I = n(ξ - U)/r = ξ - U/r

<=> U = ξ - r/n.I (1)

Ta lại có: U = ξb - rbI (2)

Từ (1) và (2) suy ra: ξ - r/n.I = ξb - rbI

Mà ξ = ξb nên r/n.I = rbI suy ra rb = r/n

Giải bài tập trang 58 SGK Vật lý lớp 11

Bài 4. Một acquy có suất điện động và điện trở trong là ξ = 6 V, r = 0,6 Ω sử dụng acquy này thắp sáng bóng đèn có ghi là 6 V – 3 W. Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch và hiệu điện thế giữa hai cực của acquy khi đó.

Giải: Kí hiệu Rđ là điện trở của bóng đèn, ta có Rđ = Uđ2 /Pđ = 12 Ω. Áp dụng định luật ôm cho toàn mạch, ta được cường độ dòng điện chạy trong mạch là: I = ξ/(Rđ + r) = 0,476 A

Hiệu điện thế đặt giữa hai cực của Acquy khi đó là U = ξ – Ir = 5,712 V

Bài 5. Hai nguồn điện có suất điện động và điện trở trong lần lướt là: ξ1 = 4,5 V, r1 = 3 Ω; ξ2 = 3 V, r2 = 2 Ω. Mắc hai nguồn thành mạch điện kín như sơ đồ sau. Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch và hiệu điện thế UAB

Giải bài tập trang 58 SGK Vật lý lớp 11

Giải: Như sơ đồ hình 10.8 thì hai nguồn điện này được mắc nối tiếp với nhau nên dòng điện chạy qua mạch kín có chiều từ dương của mỗi nguồn. Áp dụng công thức suất điện động và điện trở trong của bộ nguồn nối tiếp và đinh luật ôm đối với toàn mạch ta có cường độ dòng điện chạy trong mạch là: I = (ξ1 + ξ2)/(r1 + r2) = 1,5 A

Hiệu điện thế UAB trong trường hợp này là UAB = -ξ2 + Ir2 = 0.

Bài 6. Trong mạch điện hai pin có cùng suất điện động và điện trở trong là ξ = 1,5 V, r = 1 Ω. Hai bóng đèn giống nhau cũng số ghi trên đèn là 3 V – 0,75 W.

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 mỗi bóng đèn thì còn lại có công suất tiêu thụ điện năng là bao nhiêu?

Giải:

a) Điện trở của mỗi bóng đèn là: Rđ = Uđ2/Pđ = 12 Ω

Điện trở tương đương của mạch ngoài là R = 6 Ω.

Cường độ dòng điện trong mạch chính là I1 = ξb/(R + rb) = 0,375 A.

Hiệu điện thế đặt lên mỗi đèn là: UN(1) = I1.R = 2,25 V < 3 V.

Vậy các đèn sáng yếu hơn bình thường.

b) Hiệu suất của bộ nguồn là H = 75%.

c) Hiệu điện thế giữa hai cực của mỗi pin là: U1 = U2 = ξ – I1r = 1,125 V.

d) Nếu tháo bớt một bóng đền thì điện trở mạch ngoài là R = 12 Ω.

Dòng điện chạy qua mạch lúc bấy giờ là: I2 = ξb/(Rđ + r) = 3/14 = 0.214 A

Hiệu điện thế giữa hai đầu bóng đền là: UN(2) = I2Rđ = 2,57 > UN(1) 

Vậy đèn còn lại sáng hơn trước

Đánh giá bài viết
1 3.933
Giải bài tập Vật Lí 11 Xem thêm