Cách giải Bài tập tính công suất định mức của dụng cụ điện cực hay

---

Cách giải Bài tập tính công suất định mức của dụng cụ điện cực hay

Với Cách giải Bài tập tính công suất định mức của dụng cụ điện cực hay Vật Lí lớp 9 gồm đầy đủ phương pháp giải, ví dụ minh họa và bài tập trắc nghiệm có lời giải chi tiết sẽ giúp học sinh ôn tập từ đó đạt điểm cao trong bài thi môn Vật Lí 9.

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức công, công suất.

Dụng cụ hoạt động bình thường khi hiệu điện thế và cường độ dòng điện chạy qua dụng cụ đó có độ lớn bằng giá trị định mức của dụng cụ đó.

Bài tập ví dụ minh họa

Bài 1: Một bóng đèn có hiệu điện thế định mức 2,5V và cường độ dòng điện định mức 0,4A được mắc với một biến trở con chạy để sử dụng với nguồn điện có hiệu điện thế không đổi 12V.

a) Đèn và biến trở phải mắc với nhau như thế nào để đèn có thể sáng bình thường? Vẽ sơ đồ mạch điện này.

b) Để đèn sáng bình thường thì phải điều chỉnh biến trở có điện trở là bao nhiêu?

c) Nếu biến trở có điện trở lớn nhất là 40Ω thì khi đèn sáng bình thường dòng điện chạy qua bao nhiêu phần trăm (%) tổng số vòng dây của biến trở?

Đáp án:

a) Mắc nối tiếp đèn với biến trở

b) R = 23,75 Ω

c) 59,375 %

Hướng dẫn giải:

a) Vì đèn sử dụng hiệu điện thế 2,5 V nên cần mắc nối tiếp với biến trở và nguồn điện 12 V mới hoạt động bình thường được.

Sơ đồ:

b) Đèn sáng bình thường nên I_D = I = 0,4 A; U_D = 2,5 V

nên U_R = U – U_D = 12 – 2,5 = 9,5 (V)

Điện trở của biến trở khi đó là:

c) Dòng điện chạy qua số phần trăm (%) tổng số vòng dây của biến trở là:

Bài 2: Mạch điện có sơ đồ như hình vẽ. Trong đó R₁ = 12, R₂ = R₃ = 6 Ω; U_AB = 12v; R_A ≈; R_v rất lớn.

a) Tính số chỉ của ampe kế, vôn kế và công suất thiêu thụ điện của đoạn mạch AB.

b) Đổi am pe kế, vôn kế cho nhau thì am pe kế và vôn kế chỉ giá trị bao nhiêu. Tính công suất của đoạn mạch điện khi đó.

Hướng dẫn giải:

a) (R₁ // R₂) nt R₃

⇒ R = R₁₂ + R₃ =

Cường độ dòng toàn mạch

Tính U₃ = I.R₃ = 7,2 V ⇒ vôn kế chỉ 7,2 V

U_1,2 = I.R_1,2 = 1,2. 4 = 4,8 V

⇒ Ampe kế chỉ I_A = 0,8 A

Công suất của đoạn mạch AB: P = UI = 14,4 W

b) Sơ đồ mạch: (R₁ nt R₃) // R₂

+ U₃ = I₃. R₃ = 4 V ⇒ vôn kế chỉ 4 V

+ Công suất của đoạn mạch khi đó là:

Bài 3: Cho mạch điện như hình vẽ, hiệu điện thế đặt vào mạch U = 6 V không đổi. R₁ = 2 Ω; R₂ = 3 Ω; R_x = 12 Ω. Đèn Đ ghi 3V -3 W coi điện trở của đèn không đổi. Điện trở của ampekế và dây nối không đáng kể.

1. Khi khóa K mở:

a) R_AC = 2. Tính công suất tiêu thụ của đèn.

b) Tính R_AC để đèn sáng bình thường.

2. Khi khóa K đóng công suất tiêu thụ ở R₂ là 0,75W

a) Xác định vị trí con chạy C để đèn sáng bình thường.

b) Xác định số chỉ của ampe kế khi đó.

Đáp án:

1. a) P_D = 2,8 W; b) R_AC = 3 Ω;

2. a) R_AC = 6Ω; b) I_A = 1.25 (A)

Hướng dẫn giải:

1. a. Khi K mở: Ta có sơ đồ mạch điện: R₁ nt [R_D // (R₂ nt R_AC)]

Điện trở của đèn là:

Từ công thức:

Điện trở của mạch điện khi đó là:

Khi đó cường độ trong mạch chính là:

Từ sơ đồ mạch điện ta thấy:

Ta có: U = U₁ + U'_D

⇒ U'_D = U – U₁

Khi đó công suất của đèn Đ là:

b) Đèn sáng bình thường, nên U_Đ = 3 (V).

Vậy hiệu điện thế ở hai đầu điện trở là:

Từ U = U₁ + U_Đ ⇒ U₁ = U – U_Đ = 6 – 3 = 3 (V).

Cường độ dòng điện trong mạch chính là:

Cường độ dòng điện qua đèn là:

Khi đó cường độ dòng điện qua điện trở R₂ là:

I₂ = I – I_Đ = 1,5 – 1 = 0,5 (A)

Hiệu điện thế ở hai đầu điện trở R₂ là: U₂ = I₂.R₂ = 0,5.3 = 1,5 (V)

R_AC là:

2. Khi K đóng. Mạch trở thành: R₁ nt {R_D // [R₂ nt (R_AC // R_CB)]}

Gọi R_AC = x thì R_CB = 12 –x

Công suất trên R₂ = 0,75 W nên:

Hiệu điện thế ở hai đầu điện trở R₂ là: U₂ = I₂.R₂ = 0,5.3 = 1,5 (V)

Ta có U_Đ = 3V = U_2ACB

Suy ra U_ACB = U_AC = U_CB = U_2ACB – U₂ = 3 – 1,5 = 1,5 (V)

Ta có:

Mà R_AC + R_CB = 12 Ω

Giải ra ta được: R_AC = 6 Ω, con chạy C ở chính giữa biến trở.

Vậy

Cường độ dòng điện qua đèn là I_D = 1 A.

Am pe kế có số chỉ là I_A = I_D + I_AC = 1 + 0,25 = 1,25 A

Bài tập trắc nghiệm tự luyện

Bài 1: Cho mạch điện như hình vẽ:

R₁ = 6Ω, U = 15V. Bóng đèn có điện trở R₂ = 12Ω và hiệu điện thế định mức là 6V

a) Hỏi giá trị R₀ của biến trở tham gia vào mạch điện phải bằng bao nhiêu để đèn sáng bình thường?

b) Khi đèn sáng bình thường nếu dịch chuyển con chạy về phía phải thì độ sáng của đèn thay đổi ra sao?

Hiển thị đáp án

a)

Khi đèn sáng bình thường U_đ = U₁₂ đạt giá trị định mức, ta có U₁₂ = 6(A)

Ta có:

Từ đó:

Mà R₀ = R_TM – R₁₂ = 10 – 4 = 6 Ω.

b) Khi dịch chuyển con chạy về phía phải thì R₀ tăng

⇒ R_TM tăng. U_M không đổi giảm.

Mà U_đ = U₁₂ = I_C.R₁₂ giảm. Vậy đèn sáng yếu hơn bình thường.

Bài 2: Cho các dụng cụ sau: một nguồn điện có hiệu điện thế không đổi U = 12 V hai bóng đèn Đ₁ (6 V - 0,4 A); Đ₂ (6V - 0,1A) và một biến trở R_b.

a) Có thể mắc chúng thành mạch như thế nào để hai đèn đều sáng bình thường vẽ sơ đồ mạch và tính điện trở của biến trở tương ứng với mỗi cách mắc đó.

b) Tính công suất tiêu thụ của biến trở ứng với mỗi sơ đồ. Từ đó suy ra dùng sơ đồ nào có lợi hơn.

Hiển thị đáp án

a) có thể mắc theo 2 sơ đồ

+ Sơ đồ 1:

Để

⇒ R_2Rx = R₁ = 15

⇒ R_x = 20 Ω

Công suất của biến trở là:

* Sơ đồ 2:

U₁₂ = 6 V ⇒ U_x' = 6 V

I_x' = I₁ + I₂ = 0,4 + 0,1 = 0,5 A

Công suất tiêu thụ trên biến trở:

b. So sánh P_x và P'_x ở hai sơ đồ

P'_x > P_x (3 W > 1,8 W) nên ta chọn sơ đồ 1 (vì công xuất toả nhiệt trên R_x là vô ích).

Bài 3: Cho mạch điện như hình vẽ. Hiệu điện thế U = 18V; R₀ = 0,4 Ω; Đ₁, Đ₂ là hai bóng đèn giống nhau trên mỗi bóng ghi 12V - 6W. R_x là một biến trở.

Vôn kế có điện trở vô cùng lớn. R_A ≈ 0, R_dây ≈ 0.

1. Tính điện trở tương đương của đoạn mạch hai bóng đèn Đ₁, Đ₂.

2. Nếu Ampe kế chỉ 1A thì vôn kế chỉ bao nhiêu? Khi đó, để các đèn sáng bình thường thì phải để biến trở R_x có giá trị nào?

3. Khi dịch chuyển con chạy R_x sang phía a thì độ sáng của bóng đèn thay đổi như thế nào? Tại sao?

Hiển thị đáp án

Sơ đồ mạch: R_x nt (Đ₁ // Đ₂) nt R₀. 1. Điện trở mỗi bóng đèn ADCT:

2. Vôn kế chỉ U_AB: U_AB = U - I.R₀ = 17,6 V

Hiệu điện thế trên 2 cực mỗi bóng đèn U_đ = I.R₁₂ = 12V = U_đm

U_x = U_AB - U_đ = 5,6 V

Vậy phải để biến trở R_x ở giá trị:

3. Khi di chuyển con chạy sang phía a, R_x tăng dần và R_mạch tăng dần ⇒ I, I_đ giảm dần. Các đèn Đ₁, Đ₂ tối đi.

Bài 4: Cho sơ đồ (hình vẽ 3). R = 4 Ω; R₁ là đèn 6V – 3W; R₂ là biến trở; U_MN không đổi bằng 10V.

a) Xác định R₂ để đèn sáng bình thường.

b) Khi R₂ thay đổi thì độ sáng của đèn thay đổi như thế nào?

Hiển thị đáp án

a) Khi đèn sáng bình thường thì: U_R2 = U_Đ = 6 V;

U_R = U_MN – U_Đ = 10 – 6 = 4 (V)

Cường độ dòng điện trong mạch chính là:

Suy ra: I₂ = I – I_D = 1 - 0,5 = 0,5 (A).

b) Mạch: R nt (Đ // R₂)

Điện trở của đèn là:

Điện trở tương đương của mạch là:

Cường độ dòng điện trong mạch chính là:

Cường độ dòng điện đi qua bóng đèn là:

Dễ thấy khi R₂ tăng thì mẫu số nhỏ đi, tức là I_D' tăng, độ sáng của đèn tăng.

Bài 5: Có 3 điện trở: R₁ ghi (30Ω - 15A), R₂ ghi (10Ω - 5A), R₃ ghi (20Ω - 20A), trong đó giá trị sau là cường độ dòng điện cao nhất mà các điện trở có thể chịu được.

a) Mắc 3 điện trở trên theo yêu cầu R₁ // (R₂ nt R₃). Xác định hiệu điện thế lớn nhất mà cụm điện trở này không bị cháy.

b) Sử dụng cụm điện trở trên (câu a) mắc nối tiếp với cụm bóng đèn loại 30V - 40W rồi mắc tất cả vào nguồn điện có hiệu điện thế U = 220V. Tìm cách mắc để các bóng đèn sáng bình thường mà cụm điện trở không bị cháy.

Hiển thị đáp án

a) Mắc R₁ // (R₂ nt R₃):

Hiệu điện thế lớn nhất mà R₁ chịu được là U₁ = 15.30 = 450 (V)

Hiệu điện thế lớn nhất mà (R₂ nt R₃) chịu được là U₂₃ = (10 + 20).5 = 150 (V)

Vì R₁ // (R₂ nt R₃) nên hiệu điện thế lớn nhất là U = 150V

Cụm điện trở R₁ // (R₂ nt R₃) có điện trở tương đương

Để cụm điện trở không bị cháy thì hiệu điện thế đặt vào cụm phải thoả mãn: U_R ≤ 150 V

Theo bài ra dòng điện định mức mỗi đèn:

Giả sử các bóng đèn được mắc thành một cụm có m dãy song song, mỗi dãy có n bóng nối tiếp.

Ta có: U_R + n.U_Đ = 220 (V)

⇒ 15. 4m/3 + 30n = 220 ⇒ 2m + 3n = 22 (*)

Với: m, n (nguyên dương) ≤ 7 (**)

Từ (*) và (**) giải ra ta được:

+ m = 2; n = 6 (2 dãy // mỗi dãy 6 bóng nối tiếp)

+ m = 5; n = 4 (5 dãy // mỗi dãy 4 bóng nối tiếp)

Bài 6: Cho mạch điện có sơ đồ như hình 1.

Trong đó: U_AB = 12V, R₁ = 12Ω. Biết ampekế (R_A = 0) chỉ 1,5A. Nếu thay ampekế bằng vôn kế (R_V = ∞) thì vôn kế chỉ 7,2 V.

a) Tính các điện trở R₂ và R₃.

b) So sánh công suất tiêu thụ của đoạn mạch AB trong 2 trường hợp.

(trường hợp như hình vẽ và trường hợp thay ampe kế bằng vôn kế).

Hiển thị đáp án

a) Mạch ban đầu có dạng: R₁ // R₂. Điện trở R₃ bị Ampe kế nối tắt.

Mà:

⇒ R₂ = 24Ω

Khi thay ampe kế bằng vôn kế thì mạch có dạng: (R₁ // R₂) nt R₃.

U₁₂ = U_AB - U_V = 12 - 7,2 = 4,8 V

Vậy

b) Công suất tiêu thụ của mạch ban đầu là P = I².R = 1,5².8 = 18W

Khi thay ampe kế bằng vôn kế thì R' = R₁₂ + R₃ = 8 + 12 = 20 Ω.

Công suất tiêu thụ của mạch khi đó là P' = I'².R' = 0,62.20 = 7,2W

Nên P = 2,5P'.

Bài 7: Cho mạch điện như hình vẽ 2, trong đó Đ₁ và Đ₄ là 2 bóng đèn loại 6V - 9W; Đ₂ và Đ₃ là 2 bóng đèn loại 6V - 4W. Hiệu điện thế giữa 2 điểm A, B là U = 12V.

a) Tính công suất tiêu thụ của mỗi đèn và cho biết chúng sáng như thế nào, trong hai trường hợp là: K mở và K đóng.

b) Khi đóng khóa K, dòng điện qua khóa K có độ lớn bao nhiêu và có chiều như thế nào?

Hiển thị đáp án

a) R₁ = R₄ = U₁² : P₁ = 6² : 9 = 4Ω;

R₂ = R₃ = U₂² : P₂ = 6² : 4 = 9Ω.

* Khi K mở, sơ đồ mạch là: (Đ₁ nt Đ₂) // (Đ₃ nt Đ₄)

R₁₂ = R₃₄ = 4 + 9 = 13

P₁ = P₄ =

⇒ Đ₁ và Đ₄ tối hơn mức bình thường

P₂ = P₃ =

⇒ Đ₂ và Đ₃ sáng hơn mức bình thường

* Khi K đóng, sơ đồ mạch: (Đ₁ // Đ₃) nt (Đ₂ // Đ₄)

R₁₃ = R₂₄ ⇒ U₁₃ = U₂₄ = 12:2 = 6V = U_ĐM

Nên các đèn đều sáng bình thường.

b) Khi K đóng:

Sơ đồ mạch: (Đ₁ // Đ₃) nt (Đ₂ // Đ₄)

Vì I₁ > I₂ nên tại C, I₁ = I₂ + I_K

Vậy dòng điện đi từ C → D qua khóa K như hình vẽ

Bài 8: Cho sơ đồ mạch điện như hình vẽ.

Đ₁(6V - 12W), R = 6Ω. Khi mắc vào nguồn điện thì Đ₁, Đ₂ sáng bình thường và vôn kế chỉ 12V.

a) Tính hiệu điện thế của nguồn.

b) Tính dòng điện chạy qua R, Đ₁, Đ₂.

c) Tính công suất của Đ₂.

d) Tính công tiêu thụ trên toàn mạch.

Hiển thị đáp án

a) U_AB = U_AC + U_CB

Đ₁ sáng bình thường ⇒ U_AC = 6V; U_CB = 12V

Hiệu điện thế U_AB = 6 + 12 = 18(V)

b) Dòng điện qua R₁

Đèn sáng bình thường nên:

Dòng điện chạy qua Đ₂ là I_Đ2 = I_R + I_Đ1 = 2 + 1 = 3(A)

c) P_Đ2 = U_Đ2.I_Đ2 = 12.3 = 36(W)

d) P_TM = U_AB.I_TM = 18.3 = 54(W)

Bài 9: Đoạn mạch AB gồm 6 bóng đèn giống nhau loại 75W - 220V được mắc như hình vẽ.

a. Xếp thứ tự các bóng đèn từ sáng nhất đến tối nhất khi mắc đoạn mạch trên vào mạng điện có hiệu điện thế U (0 < U < 220).

b. Mắc đoạn mạch AB vào mạng điện có hiệu điện thế 110V. Trong 24 giờ phải trả bao nhiêu tiền điện? Biết giá điện là 1000 đồng/kW.h

Hiển thị đáp án

Gọi U, R lần lượt là hiệu điện thế hai đầu A,B và điện trở của mỗi bóng đèn.

Tính được:

Từ P = UI = I²R. Do các bóng có điện trở bằng nhau nên bóng có cường độ dòng điện đi qua lớn hơn là bóng sáng hơn do có công suất lớn hơn).

Xếp được I₆ > I₁ > I₄ = I₅ > I₂ = I₃ nên các bóng được sắp theo thứ tự từ sáng đến tối là: Đ₆ > Đ₁ > Đ₄ = Đ₅ > Đ₂ = Đ₃

Tính được:

Tương tự:

Công suất của toàn mạch:

Tính được điện trở của mỗi bóng đèn:

Thay số được:

Điện năng tiêu thụ trong 24 giờ:

⇒ Số tiền: 975 đồng.

Bài 10: Cho mạch điện như hình bên. Hiệu điện thế U không đổi và U = 54V. Các điện trở R₁ = R₃ = 90 Ω, R₂ = 180 Ω. Khi đóng và mở khoá K thì đèn Đ đều sáng bình thường. Hãy tính điện trở và hiệu điện thế định mức của đèn Đ. Giả thiết điện trở của dây nối và khoá K nhỏ không đáng kể.

Hiển thị đáp án

Vì đèn sáng bình thường tức là hiệu điện thế thực tế trên đèn khi đóng và mở khoá K bằng hiệu điện thế định mức của đèn.

Gọi điện trở đèn là R Khi đóng khoá K, D và C bị nối tắt, ta có sơ đồ:

Ta có: R_ABC = R₂ + R_BC

Hiệu điện thế trên đèn Đ:

Khi mở khoá K, ta có sơ đồ mạch điện:

Từ (1) và (2) ta có:

Thay vào (2) ta được U_d = 6V.