BÀI 14. BÀI TẬP VỀ CÔNG SUẤT ĐIỆN VÀ ĐIỆN NĂNG SỬ DỤNG
I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM
1. Công suất điện
- Công suất tiêu thụ của một dụng cụ điện (hoặc của một đoạn mạch) bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu dụng cụ đó (hoặc đoạn mạch đó) và cường độ dòng điện chạy qua nó.
- Công thức: P = U.I
Trong đó:
P: công suất (W)
U: hiệu điện thế (V)
I: cường độ dòng điện (A)
2. Công suất điện – Điện năng
- Công của dòng điện sản ra trong một đoạn mạch là số đo lượng điện năng mà đoạn mạch đó tiêu thụ để chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác.
- Công thức: A = P.t = U.I.t
Trong đó: U là hiệu điện thế (đo bằng V)
I là cường độ dòng điện (đo bằng A)
t là thời gian sử dụng điện năng (đo bằng s)
II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP
+ Công suất điện của một đoạn mạch có thể được tính bằng các công thức sau:
\(P=U.I={{I}^{2}}R=\frac{{{U}^{2}}}{R}=\frac{A}{t}\)
+ Tính điện năng tiêu thụ của dụng cụ: \(A=P.t=U.I.t={{I}^{2}}R.t=\frac{{{U}^{2}}}{R}\cdot t\)
- Để so sánh công suất hoặc điện năng tiêu thụ của các vật khi mắc nối tiếp, sử dụng công thức P = I2R và A = I2Rt vì trong đoạn mạch mắc nối tiếp có I không đổi.
- Để so sánh công suất hoặc điện năng tiêu thụ của các vật khi mắc song song, sử dụng công thức \(P=\frac{{{U}^{2}}}{R} \) và \(A=\frac{{{U}^{2}}}{R}\cdot t\) vì trong đoạn mạch mắc nối tiếp có U không đổi.
III. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA
Bài 1 (trang 40 SGK Vật Lí 9):
Khi mắc một bóng đèn vào hiệu điện thế 220 V thì dòng điện chạy qua nó có cường độ là 341 mA.
a) Tính điện trở và công suất của bóng đèn khi đó.
b) Bóng đèn này được sử dụng như trên, trung bình 4 giờ trong 1 ngày. Tính điện năng mà bóng đèn tiêu thụ trong 30 ngày theo đơn vị jun và số đếm tương ứng của công tơ điện.
Tóm tắt:
U = 220 V; I = 341 mA = 0,341 A
a) R = ?; P = ?
b) t0 = 4 h/1ngày ; t = 4.30 = 120 h; A = ? J = ? kW.h
Lời giải:
a) Điện trở của bóng đèn là: \(R=\frac{U}{I}=\frac{220}{0,341}=645\,\Omega .\)
Công suất của bóng đèn là: P = U.I = 220.0,341 = 75 W.
b) Điện năng mà bóng đèn tiêu thụ trong 30 ngày, mỗi ngày 4 giờ là:
A = P.t = 75.30.4.3600 = 32400000 J
Mỗi số đếm của công tơ điện là 1 kWh, nên muốn tìm số đếm tương ứng của công tơ điện ta phải tính điện năng theo đơn vị kWh
Khi đó A = P.t = 75.30.4 = 9000 W.h = 9 kW.h
Vậy số đếm tương ứng của công tơ điện là 9 số
Bài 2 (trang 40 SGK Vật Lí 9):
Một đoạn mạch gồm một bóng đèn có ghi 6 V – 4,5 W được mắc nối tiếp với một biến trở và được đặt vào hiệu điện thế không đổi 9 V như hình 14.1. Điện trở của dây nối và ampe kế là rất nhỏ.
a) Đóng công tắc K, bóng đèn sáng bình thường. Tính số chỉ của ampe kế.
b) Tính điện trở và công suất tiêu thụ điện của biến trở khi đó.
c) Tính công của dòng điện sản ra ở biến trở và ở toàn đoạn mạch trong 10 phút.
Tóm tắt:
Uđm = 6 V; Pđm = 4,5 W; U = 9 V;
a) K đóng, đèn sáng bình thường; IA = ?
b) Rbt = ?; Pbt = ?
c) t = 10 phút = 10.60 = 600 s; Abt = ?; Ađm = ?
Lời giải:
a) Khi đóng công tắc K, bóng đèn sáng bình thường, có nghĩa là cường độ dòng điện qua bóng đèn đúng bằng cường độ dòng điện định mức, và đó cũng là chỉ số của ampe kế.
Ta có: \({{I}_{m}}=\frac{P}{{{U}_{m}}}=\frac{4,5}{6}=0,75\,A\)
b) Đèn sáng bình thường có nghĩa là hiệu điện thế trên hai đầu bóng đèn đúng bằng hiệu điện thế định mức, do đó hiệu điện thế giữa hai đầu biến trở được tính là Ubt = U – Uđ = 9 – 6 = 3 V.
Điện trở của biến trở là: \({{R}_{bt}}=\frac{{{U}_{bt}}}{{{I}_{bt}}}=\frac{3}{0,75}=4\,\Omega .\)
Công suất tiêu thụ của biến trở là Pbt = Ubt.Ibt = 3.0,75 = 2,25 W.
c) Công của dòng điện sản ra trên biến trở trong 10 phút là:
Abt = Pbt.t = 2,25.10.60 = 1350 J
Công của dòng điện sản ra trên toàn đoạn mạch trong 10 phút là:
Ađm = Pm.t = Um.Im.t = 9.0,75.10.60 = 4050 J
Bài 3 (trang 41 SGK Vật Lí 9):
Một bóng đèn dây tóc có ghi 220V – 100W và một bàn là có ghi 220 V – 1000 W cùng được mắc vào ổ lấy điện 220 V ở gia đình để cả hai cùng hoạt động bình thường.
a) Vẽ sơ đồ mạch điện, trong đó bàn là được kí hiệu như một điện trở và tính điện trở tương đương của đoạn mạch này.
b) Tính điện năng mà đoạn mạch này tiêu thụ trong 1 giờ theo đơn vị jun và đơn vị kilôoat giờ.
Tóm tắt:
Uđm1 = 220 V; Pđm1 = 100 W; Uđm2 = 220 V; Pđm2 = 1000 W; U = 220 V;
a) Vẽ sơ đồ?; Rtđ = ?
b) Rbt = ?; Pbt = ?
c) t = 1h = 3600s; A = ?J = ?kW.h
Lời giải:
a) Vì bóng đèn dây tóc và bàn là có cùng điện áp định mức là 220 V, đồng thời điện áp của nguồn cũng bằng 220 V nên muốn hai dụng cụ này hoạt động bình thường thì chúng phải được mắc song song với nhau và cùng mắc vào nguồn 220 V
Ta có sơ đồ mạch điện:
Bóng đèn dây tóc có ghi 220 V – 100 W ⇒ Uđm1 = 220 V; Pđm1 = 100 W.
Điện trở của đèn là: \({{R}_{1}}=\frac{U_{dm1}^{2}}{{{P}_{dm1}}}=\frac{{{220}^{2}}}{100}=484\,\Omega\)
Bàn là có ghi 220 V – 1000 W ⇒ Uđm2 = 220 V, Pđm2 = 1000 W
Điện trở của bàn là là: \({{R}_{2}}=\frac{U_{dm2}^{2}}{{{P}_{dm2}}}=\frac{{{220}^{2}}}{1000}=48,4\,\Omega\)
Bàn là và bóng đèn ghép song song nên điện trở tương đương của mạch là:
\({{R}_{t\text{d}}}=\frac{{{R}_{1}}.{{R}_{2}}}{{{R}_{1}}+{{R}_{2}}}=\frac{484.48,4}{484+48,4}=44\,\Omega\)
b) Đổi 1 giờ = 3600 s
Điện năng mà đoạn mạch này tiêu thụ trong 1 giờ theo đơn vị jun là:
\(A=P.t=\frac{U_{tm}^{2}}{{{R}_{t\text{d}}}}\cdot t=\frac{{{220}^{2}}}{44}\cdot 3600=3960000\,J.\)
Ta có 1 kWh = 3600000 J
Điện năng mà đoạn mạch này tiêu thụ trong 1 giờ theo đơn vị kWh là:
\(A=\frac{3960000}{3600000}=1,1\,kWh.\)
Trên đây là gợi ý giải bài tập Vật Lý 9 bài Bài tập về công suất điện và điện năng sử dụng do giáo viên Ican trực tiếp biên soạn theo chương trình mới nhất. Chúc các bạn học tập vui vẻ