Bài 14. Bài tập về công suất điện và điện năng sử dụng

Bài 14. Bài tập về công suất điện và điện năng sử dụng

Câu 1 trang 40 SBT Vật Lí 9 

Điện năng không thể biến đổi thành

A. Cơ năng

B. Nhiệt năng

C. Hóa năng

D. Năng lượng nguyên tử

Lời giải:

Chọn D. Điện năng không thể biến đổi thành năng lượng nguyên tử.

Câu 2 trang 40 SBT Vật Lí 9 

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

Lời giải:

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

Câu 3 trang 40 SBT Vật Lí 9 

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

a) Tính điện năng sử dụng trong 30 ngày khi thắng sáng bình thường bóng đèn mỗi ngày 4 giờ

b) Mắc nối tiếp hai 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 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

Tóm tắt:

U_đm1 = 220V; P_đm1 = 100W = 0,1kW;

a) t₀4h; t = 4.30 = 120h; A₁= ?

b) Nối tiếp hai đèn cùng loại; U = 220V; P_mạch= P_m= ?; P_đèn = P₁ = P₂ = ?

c) Nối tiếp đèn 1 trên với đèn 3 có: U_đm3= 220V; P_đm3= 75W = 0,075kW

Đèn 3 hỏng hay không? P_mạch2 = ?; P₁ = ?; P₂ = ?

Lời giải:

a) Điện năng sử dụng trong 30 ngày là:

A₁ = P_Đ1.t = 0,1kW.120h = 12kW.h = 12.1000.3600 = 4,32.10⁷J.

b) Điện trở của đèn 1 và đèn 2 cùng loại là:

Điện trở tương đương của 2 đèn khi ghép nối tiếp là:

R₁₂ = R₁ + R₂ = 484 + 484 = 968Ω

Công suất của đoạn mạch nối tiếp là:

Do hai đèn giống nhau mắc nối tiếp nên công suất của mỗi bóng đèn là:

P₁ = P₂ = P_m /2 = 50/2 = 25 W

c) Điện trở của đèn thứ ba là:

Điện trở tương đương của mạch khi ghép nối tiếp đèn 1 và đèn 3 là:

R₁₃ = R₁ + R₃ = 484 + 645,3 = 1129,3Ω

Cường độ dòng điện chạy qua hai đèn là:

Hiệu điện thế đặt lên mỗi đèn là:

U₁ = I₁.R₁ = 0,195.484 = 94,38V và U₂ = I₂.R₂ = 0,195.645,3 = 125,83V.

Như vậy ta thấy hiệu điện thế này đều nhỏ hơn hiệu điện thế định mức của mỗi đèn là 220V nên các đèn không bị hỏng.

Công suất của đoạn mạch là: P_m = U.I = 220.0,195 = 42,9W.

Công suất của đèn thứ nhất là: 

Công suất của đèn thứ hai là:

Câu 4 trang 40 SBT Vật Lí 9 

Trên một bóng đèn tóc đỏ có ghi 220V – 100W và trên một bóng đèn khác có ghi 220V – 40W

a) So sánh điện trở 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 đèn này sử dụng trong 1 giờ.

Tóm tắt:

U_đm1 = 220V; P_đm1 = 100W = 0,1kW; U_đm2 = 220V; P_đm2 = 40W = 0,04kW;

a) R₁= ?; R₂= ?

b) Nối tiếp hai đèn; U = 220V; t = 1h = 3600s; đèn nào sáng hơn? A = ?

c) Mắc song song hai đèn: U = 220V; t = 1h; đèn nào sáng hơn? A = ?

Lời giải:

a) Điện trở của đèn thứ nhất là: R₁= U_đm1²/ P_đm1 = 220² / 100 = 484Ω

Điện trở của đèn thứ hai là: R₂ = U_đm2² / P_đm2 = 220²/40 = 1210Ω

Lập tỉ lệ: R₂/R₁ = 1210 / 484 = 2,5 ⇒ R₂ = 2,5R₁. Vậy đèn 1 có điện trở nhỏ hơn đèn 2 là 2,5 lần.

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 44W) sẽ sáng hơn.

Đèn loại 40 W có điện trở R₂ lớn hơn nên có công suất P₂ = I₂ .R₂ lớn hơn (P₂ = 20,4 W; P₁ = 8,2 W).

Cường độ dòng điện định mức của đèn 1 là:

I_đm1 = P_đm/U_1đm = 100/220 ≈ 0,45A

+ Cường độ dòng điện định mức của đèn 2 là:

I_đm2 = P_đm2/U_đm2 = 40/220 ≈ 0,18A

Khi ghép nối tiếp cường độ dòng điện trong đoạn mạch là:

Vì đèn 1 và đèn 2 mắc nối tiếp nên: I₁ = I₂ = I = 0,13A.

Qua kết quả tính toán ta so sánh và biết được cả hai đèn thì dòng điện qua chưa đến giá trị định mức vì vậy cả hai đèn đều sáng mờ. Nhưng đèn 2 sẽ sáng hơn đèn 1.

Điện năng tiêu thụ của đoạn mạch trong 1 giờ là:

A = U.I.t = 220.0,13.3600 = 102960 J = 0,0286kW.h

c) Khi mắc song song hai đèn vào hiệu điện thế U = 220 V = U_đm1= U_đm2nên cả 2 đèn sáng bình thường và đèn1 sáng hơn đèn 2 vì đèn 1 có công suất định mức lớn hơn nên sáng hơn.

Điện năng mạch điện tiêu thụ trong 1 giờ là:

A = (P₁ + P₂)t = (100 + 40).3600 = 504000J = 0,14kW.h.

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.

Qua kết quả tính toán ta so sánh và biết được cả hai đèn thì dòng điện qua chưa đến giá trị định mức vì vậy cả hai đèn đều sáng mờ. Nhưng đèn 2 sẽ sáng hơn đèn 1.

Điện năng tiêu thụ của đoạn mạch trong 1 giờ là:

A = U.I.t = 220.0,13.3600 = 102960 J = 0,0286kW.h

Câu 5 trang 40 SBT Vật Lí 9 

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

a) Tính điện trở của bàn là và 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 bóng đèn có giá trị 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.

Tóm tắt:

U_đm1 = 110V; P_đm1 = 550W; U_đm2 = 110V; P_đm2 = 40W ;

a) R₁= ?; R₂= ?

b) Nối tiếp bàn là và đèn; U = 220V có được không?

c) Nối tiếp bàn là và đèn: U_max= ?; P_bànlà = P₁ = ?; P_đèn = P₂ = ?

Lời giải:

a) Điện trở của bàn là là:

Điện trở của bóng đèn là:

b) Khi mắc nối tiếp bàn là và đèn vào hiệu điện thế 220V, điện trở tương đương của mạch là:

R₁₂ = R₁ + R₂ = 22 + 302,5 = 324,5Ω

⇒ Dòng điện chạy qua chúng có cường độ là:

Khi đó hiệu điện thế đặt vào bàn là là: U₁ = I.R₁ = 0,678.22 = 14,9V

hiệu điện thế đặt vào đèn là: U₂ = I.R₂ = 0,678.302,5 = 205,2V

Ta thấy U2 > Uđm2 nên đèn sẽ hỏng do 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:

I_đm1 = P_đm1 / U_đm1 = 550/110 = 5A;

I_đm2 = P_đm2 / U_đm2 = 40/110 = 4/11A = 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 là I_max = I_đm2 = 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: P₁ = R₁.I² = 22.0,364² = 2,91 W.

Công suất của đèn khi đó: P₂ = R₂.I² = 302,5.0,364² = 40 W.

Câu 6 trang 41 SBT Vật Lí 9 

Một quạt điện dùng trên xe ô tô có ghi 12V – 15W

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

Tóm tắt:

U_đm = 12V; P_đm = 15W;

a) Quạt hoạt động bình thường thì U = ?; I = ?

b) t = 1h = 3600s; A = ?

c) Hiệu suất H = 85%; R = ?

Lời giải:

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

Điện trở của quạt là: R = U² /P = 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 = P_đm.t = 15.3600 = 54000J = 0,015kW.h.

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

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

P_cơ = P_{toàn phần}.H = 15.85% = 12,75 J/s

Mặt khác ta có: P_{toàn phần} = P_cơ + P_nhiệt

⇒ Phần điện năng biến đổi thành nhiệt năng trong 1 giây l

P_nhiệt = P_{toàn phần} - P_cơ = 15 – 12,75 = 2,25 J/s

Điện trở của quạt: P_nhiệt = I².R ⇒ R = P_nhiệt/I² = 1,44Ω.

Câu 7 trang 41 SBT Vật Lí 9 

Một bàn là được sử dụng với hiệu điện thế 220V thì tiêu thụ với 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

Tóm tắt:

U = 12V; A = 990kJ = 990000J; t = 15 phút = 900s

a) I = ?

b) R = ?

Lời giải:

a) Cường độ dòng điện qua dây nung:

b) Điện trở của dây nung: R = U / I = 220 / 5 = 44Ω

Câu 8 trang 41 SBT Vật Lí 9 

Một biếp điện được sử dụng với hiệu điện thế 220V thì dòng điện chạy qua dây nung của bến 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 A_imà bếp cung cấp trong 30 ngày, biết rằng hiệu suất của bếp là H = 80%

Tóm tắt:

U = 220V; I = 6,8A

a) P = ?

b) t₀= 45 phút = 0,75h; t = 0,75.30 = 22,5h; H = 80%; A_ích= A_i = ?

Lời giải:

a) Công suất tiêu thụ của bếp: P = U.I = 220 × 6,8 = 1496W

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

A = P.t = 1496W.22,5h = 33660W.h

Hiệu suất của bếp: 

Phần điện năng có ích A_i mà bếp cung cấp trong 30 ngày là:

Câu 9 trang 41 SBT Vật Lí 9 

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

a) Hãy so sánh P_1svới P_2Svà P_1n với P_2n

b) Hãy so sánh P_1svới P_1nvà P_2S với P_2n

c) Hãy so sánh công suất tổng cộng P_skhi mắc song song với công suất tổng cộng P_nkhi mắc nối tiếp hai điện trở đã nêu trên đây.

Tóm tắt:

R₁ = 12Ω và R₂ = 36Ω

a) P_1s= ?P_2s; P_1n= ?P_2n;

b) P_1s= ?P_1nvà P_2s = ?P_2n;

c) P_s= ?P_n

Lời giải:

Điện trở tương đương khi R₁ mắc nối tiếp với R₂:

R_nt12 = R₁ + R₂ = 12 + 36 = 48Ω

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

a) Công suất tiêu thụ trên R₁, R₂khi R₁mắc song song với R₂ lần lượt là:

(U₁ = U₂ = U vì R₁//R₂)

Lập tỉ lệ:

  ⇒ P_1S = 3P_2S

Công suất tiêu thụ thụ trên R₁, R₂ khi R₁ mắc nối tiếp với R₂ lần lượt là:

và (I₁ = I₂ vì R₁ nt R₂ ).

b) Khi R₁nối tiếp với R₂thì: U = U₁ + U₂ và 

Công suất tiêu thụ của R₁, R₂: 

Lập tỉ lệ: 

Lập tỉ lệ: 

c) Áp dụng công thức: 

Lập tỉ lệ: 

Câu 10 trang 41 SBT Vật Lí 9

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

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 nêu trên để chúng sáng bình thường. Vẽ sơ đồ mạch điện này

d) Tính điện trở của biến trở và điện năng mà nó tiêu thụ trong 30 phút

Tóm tắt:

Đèn 1: U_đm1 = 6V, P_đm1 = 2W; Đèn 2: U_đm2 = 6V, P_đm2 = 3W

a) R₁= ?; R₂= ?

b) U = 12V; tại sao đèn không sáng bình thường?

c) Để 2 đèn sáng bình thường, sơ đồ? Giải thích?

d) R_bt= ?; t = 30 phút = 1800s; A_bt= ?

Lời giải:

a) Điện trở của dây tóc bóng đèn Đ₁và Đ₂.

b) Cường độ dòng điện định mức của đèn:

I_đm1 = P_đm1/U_đm1 = 3 / 6 = 0,5A ; I_đm2= P_đm2/U_đm2 = 2/6 = 1/3 A.

Nếu mắc Đ₁ nối tiếp với Đ₂ thì điện trở tương đương của mạch:

R₁₂ = R₁ + R₂ = 12 + 18 = 30Ω

Khi đó cường độ dòng điện qua mỗi đèn là:

I₁ = I₂ = I = U/R₁₂ = 12/30 = 0,4A

Ta thấy I₁ < I_đm1 và I₂ > I_đm2 nên đèn 1 sáng yếu hơn bình thường, đèn 2 sáng quá định mức 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 mắc một trong hai cách sau:

Cách 1: 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

Cách 2: Đèn Đ₂ và biến trở phải song song với nhau và nối tiếp với đèn Đ₁ như hình vẽ, sao cho:

I_b = I_đm1 - I_đm2 = 0,5 - 1/3 = 1/6A và U_b = U₂ = 6V

d) Điện trở của biến trở và điện năng mà biến trở tiêu thụ trong 30 phút là:

Cách mắc 1:

Cách mắc 2: