Vật lí 11
10 bài tập vận dụng định luật ôm cực hay có lời giải chi tiết
Xin chào các bạn, để tiếp theo những bài trong chương Dòng điện không đổi thì bài viết hôm nay sẽ giúp các bạn giải quyết các bài tập vận dụng định luật ôm. Các bạn có thể xem lại lý thuyết qua bài Định luật ôm. Hãy cùng HocThatGioi theo dõi hết bài viết sau đây để nắm rõ các cách giải của các bài tập vận dụng định luật ôm nhé.
Câu 1: Xét một mạch kín gồm nguồn điện có suất điện động E= 2V, điện trở trong r = 0,1 \Omega mắc với điện trở mạch ngoài R= 99,9 \Omega. Tính cường độ dòng điện chạy qua mạch chính ?
Hướng dẫn giải:
Điện trở của toàn mạch là: R_{tm}= R + r = 99,9 + 0,1=100 \Omega
Áp dụng định luật Ôm ta có cường độ dòng điện của mạch chính được tính theo công thức sau:
I=\frac{E}{R_{N}+ r}= \frac{E}{R_{tm}}=\frac{2}{100}= 0,02 A
Vậy cường độ dòng điện mạch chính là 0,02 A.
Điện trở của toàn mạch là: R_{tm}= R + r = 99,9 + 0,1=100 \Omega
Áp dụng định luật Ôm ta có cường độ dòng điện của mạch chính được tính theo công thức sau:
I=\frac{E}{R_{N}+ r}= \frac{E}{R_{tm}}=\frac{2}{100}= 0,02 A
Vậy cường độ dòng điện mạch chính là 0,02 A.
Câu 2: Cho mạch điện có R_{1} nối tiếp R_{2} nối tiếp R_{3} và được mắc với nguồn. Biết nguồn điện có suất điện động E= 12 V và có điện trở trong r= 1\Omega, các điện trở mạch ngoài có giá trị lần lượt là R_{1}= 10\Omega, R_2= 5 \Omega \: và \: R_3= 8 \Omega. Tính cường độ dòng điện chạy qua nguồn và hiệu suất của nguồn điện ?
Hướng dẫn giải:
Vì 3 điện trở mắc nối tiếp nhau nên ta có điện trở mạch ngoài là:
R_N= R_1+ R_2 + R_3= 10 + 5 + 8= 23 \Omega
Áp dụng định luật ôm ta có cường độ dòng điện được tính bởi công thức sau:
I=\frac{E}{R_{N}+ r}=\frac{12}{23+ 1}= 0,5 A
Hiệu điện thế mạch ngoài là:
U_{N}= I.R_N= 0,5. 23=11,5 V
\Rightarrow H= \frac{U_N}{E}.100 = 95,83 %
Vậy cường độ dòng điện là 0,5A và hiệu suất của nguồn là 95,83 %
Vì 3 điện trở mắc nối tiếp nhau nên ta có điện trở mạch ngoài là:
R_N= R_1+ R_2 + R_3= 10 + 5 + 8= 23 \Omega
Áp dụng định luật ôm ta có cường độ dòng điện được tính bởi công thức sau:
I=\frac{E}{R_{N}+ r}=\frac{12}{23+ 1}= 0,5 A
Hiệu điện thế mạch ngoài là:
U_{N}= I.R_N= 0,5. 23=11,5 V
\Rightarrow H= \frac{U_N}{E}.100 = 95,83 %
Vậy cường độ dòng điện là 0,5A và hiệu suất của nguồn là 95,83 %
Câu 3: Nguồn điện có r= 0,2 \Omega mắc với R= 2,4 \Omega thành mạch kín, khi đó hiệu điện thế giữa 2 đầu R là 12V. Suất điện động của nguồn là bao nhiêu ?
Hướng dẫn giải:
Cường độ dòng điện là:
I_N=I=\frac{U}{R_N}=\frac{12}{2,4}= 5A
Áp dụng định luật ôm ta có:
I=\frac{E}{R_N + r}=\frac{E}{2,4+ 0,2}= 5\rightarrow E= 13 V
Vậy suất điện động của nguồn là13 V.
Cường độ dòng điện là:
I_N=I=\frac{U}{R_N}=\frac{12}{2,4}= 5A
Áp dụng định luật ôm ta có:
I=\frac{E}{R_N + r}=\frac{E}{2,4+ 0,2}= 5\rightarrow E= 13 V
Vậy suất điện động của nguồn là13 V.
Câu 4: Một nguồn điện mắc với một biến trở. Khi điện trở của biến trở là 1,65 \Omega thì hiệu điện thế hai đầu cực nguồn 3,3 V, khi biến trở là 3,5 \Omega thì hiệu điện thế ở hai cực nguồn là 3,5 V. Tìm suất điện động và điện trở trong của nguồn ?
Hướng dẫn giải:
Khi giá trị biến trở là 1,65 \Omega
\rightarrow I_1= \frac{U_N}{R}=\frac{3,3}{1,65}=2 A
Áp dụng định luật Ôm:
E= U_{N1} +I_1.r= 3,3 + 2.r (1)
Tương tự với giá trị biến trở 3,5 \Omega
I_{2}=1A
Áp dụng định luật Ôm:
E= U_{N2} +I_2.r= 3,5 + r (2)
Từ (1) và (2) giải hệ phương trình ta có:
E=3, 7 V \: và\: r= 0,2 \Omega
Vậy suất điện động của nguồn là 3,7V và điện trở trong là 0,2 \Omega
Khi giá trị biến trở là 1,65 \Omega
\rightarrow I_1= \frac{U_N}{R}=\frac{3,3}{1,65}=2 A
Áp dụng định luật Ôm:
E= U_{N1} +I_1.r= 3,3 + 2.r (1)
Tương tự với giá trị biến trở 3,5 \Omega
I_{2}=1A
Áp dụng định luật Ôm:
E= U_{N2} +I_2.r= 3,5 + r (2)
Từ (1) và (2) giải hệ phương trình ta có:
E=3, 7 V \: và\: r= 0,2 \Omega
Vậy suất điện động của nguồn là 3,7V và điện trở trong là 0,2 \Omega
Câu 5: Một nguồn điện có suất điện động E= 6V, điện trở trong r= 2\Omega, mạch ngoài có điện trở R. Để công suất tiêu thụ ở mạch ngoài là 4W thì điện trở R phải có giá trị bằng bao nhiêu ?
Hướng dẫn giải:
Áp dụng định luật ôm ta có:
Cường độ dòng điện là:
I=\frac{E}{R+ r} (1)
Công suất tiêu thụ của mạch ngoài có công thức sau:
P=I^2.R (2)
Thay (1) vào (2) ta được:
P=\left ( \frac{E}{R+r} \right )^2.R=\left ( \frac{6}{R+2} \right )^2.R=4\Rightarrow R=4\Omega
Vậy điện trở mạch ngoài là 4 \Omega
Áp dụng định luật ôm ta có:
Cường độ dòng điện là:
I=\frac{E}{R+ r} (1)
Công suất tiêu thụ của mạch ngoài có công thức sau:
P=I^2.R (2)
Thay (1) vào (2) ta được:
P=\left ( \frac{E}{R+r} \right )^2.R=\left ( \frac{6}{R+2} \right )^2.R=4\Rightarrow R=4\Omega
Vậy điện trở mạch ngoài là 4 \Omega
Câu 6: Một nguồn điện có suất điện 15V, điện trở trong r=0,5 \Omega mắc với mạch ngoài có hai điện trở R_1= 20 \Omega \: và \: R_2= 30 \Omega mắc song song. Công suất của mạch ngoài là bao nhiêu ?
Hướng dẫn giải:
Hai điện trở mạch ngoài mắc song song với nhau nên ta có:
\frac{1}{R_N}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}\rightarrow R_N= 12 \Omega
Cường độ dòng điện là:
I=\frac{E}{R_N + r}=\frac{15}{12+ 0,5}= 1,2 A
Công suất mạch ngoài là:
P=I^2.R_N=1,2^2.12=17,28 W
Vậy công suất của mạch ngoài là 17,28W
Hai điện trở mạch ngoài mắc song song với nhau nên ta có:
\frac{1}{R_N}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}\rightarrow R_N= 12 \Omega
Cường độ dòng điện là:
I=\frac{E}{R_N + r}=\frac{15}{12+ 0,5}= 1,2 A
Công suất mạch ngoài là:
P=I^2.R_N=1,2^2.12=17,28 W
Vậy công suất của mạch ngoài là 17,28W
Câu 7: Một mạch có hai điện trở 5 \Omega \: và\: 10\Omega mắc song song được nối với nguồn điện có điện trở trong là 2 \Omega. Hiệu suất của nguồn điện là bao nhiêu ?
Hướng dẫn giải:
Điện trở mạch ngoài là:
\frac{1}{R_N}=\frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}\Rightarrow R_N= \frac{10}{3} \Omega
Thông qua định luật ôm ta có hiệu suất của nguồn điện:
H=\frac{R_N}{R_N + r}=62,5 %
Vậy hiệu suất của nguồn điện là 62,5 %.
Điện trở mạch ngoài là:
\frac{1}{R_N}=\frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}\Rightarrow R_N= \frac{10}{3} \Omega
Thông qua định luật ôm ta có hiệu suất của nguồn điện:
H=\frac{R_N}{R_N + r}=62,5 %
Vậy hiệu suất của nguồn điện là 62,5 %.
Câu 8: Đặt một hiệu điện thế không đổi vào hai đầu đoạn mạch gồm 2 điện trở giống nhau mắc song song thì công suất tiêu thụ là 40 W. Nếu 2 điện trở này mắc nối tiếp thì công suất tiêu thụ là bao nhiêu ?
Hướng dẫn giải:
Điện trở mạch ngoài khi mắc song song:
R_{N1}= \frac{R.R}{2R}=\frac{R}{2}
Điện trở mạch ngoài khi mắc nối tiếp:
R_{N2}= 2R
Công suất tiêu thụ của đoạn mạch là:
P=I^2.R
Ta có: I\sim \frac{1}{R}\rightarrow I^2 \sim \frac{1}{R^2}
Do đó P\sim \frac{1}{R}
\Rightarrow \frac{P_1}{P_2}=\frac{R_{N2}}{R_{N1}}\Leftrightarrow \frac{40}{P_2}=\frac{2R}{0,5R}\rightarrow P_2= 10W
Vậy công suất của đoạn mạch khi 2 điện trở mắc nối tiếp là 10 W.
Điện trở mạch ngoài khi mắc song song:
R_{N1}= \frac{R.R}{2R}=\frac{R}{2}
Điện trở mạch ngoài khi mắc nối tiếp:
R_{N2}= 2R
Công suất tiêu thụ của đoạn mạch là:
P=I^2.R
Ta có: I\sim \frac{1}{R}\rightarrow I^2 \sim \frac{1}{R^2}
Do đó P\sim \frac{1}{R}
\Rightarrow \frac{P_1}{P_2}=\frac{R_{N2}}{R_{N1}}\Leftrightarrow \frac{40}{P_2}=\frac{2R}{0,5R}\rightarrow P_2= 10W
Vậy công suất của đoạn mạch khi 2 điện trở mắc nối tiếp là 10 W.
Câu 9: Cho đoạn mạch có điện trở R_1 nối tiếp R_{2} và R_{2} song song với R_{3}. Cho biết các giá trị của điện trở R_{1}=7 \Omega \: và \: R_{2}= 12 \Omega , điện trở mạch ngoài R_{N}=10 \Omega và suất điện động 12V, điện trở trong là 2 \Omega. Hãy tính giá trị điện trở R_{3} và cường độ dòng điện của đoạn mạch là bao nhiêu ?
Hướng dẫn giải:
Sơ đồ đoạn mạch: R_{1}\: nt \: (R_{2} // R_{3} )
Điện trở mạch ngoài là:
R_{N}= R_1 + R_{23}= R_1 + \frac{R_2.R_3}{R_2 + R_3}= 7 +\frac{12.R_3}{12 + R_3}=10\rightarrow R_3= 4\Omega
Cường độ dòng điện là:
I=\frac{E}{R_N + r}=\frac{12}{10 +2}=1A
Vậy điện trở R_{3} = 4 \Omega và cường độ dòng điện là 1 A
Sơ đồ đoạn mạch: R_{1}\: nt \: (R_{2} // R_{3} )
Điện trở mạch ngoài là:
R_{N}= R_1 + R_{23}= R_1 + \frac{R_2.R_3}{R_2 + R_3}= 7 +\frac{12.R_3}{12 + R_3}=10\rightarrow R_3= 4\Omega
Cường độ dòng điện là:
I=\frac{E}{R_N + r}=\frac{12}{10 +2}=1A
Vậy điện trở R_{3} = 4 \Omega và cường độ dòng điện là 1 A
Câu 10: Khi mắc điện trở R_{1}= 5 \Omega vào hai cực của nguồn điện thì hiệu điện thế mạch ngoài là U_{1}= 10V, nếu thay điện trở R_1 bởi R_2 = 11 \Omega thì hiệu điện thế mạch ngoài là U_{2}=11 V. Hãy tính suất điện động và điện trở trong của đoạn mạch ?
Hướng dẫn giải:
Khi mắc điện trở R_{1}= 5 \Omega
\rightarrow I_1= \frac{U_1}{R_1}= \frac{10}{5}=2 A
Áp dụng định Ôm ta có:
\Rightarrow E= U_1 + I_1.r= 10 + 2r (1)
Khi mắc điện trở R_{2}= 11 \Omega
\rightarrow I_{2}=\frac{U_2}{R_2}=1 A
Áp dụng định luật ôm ta có:
\Rightarrow E= U_2 + I_2.r= 11 + r (2)
Từ (1) và (2) giải hệ phương trình ta được:
E=12 V \: và \: r= 1 \Omega
Vậy suất điện động là 12 V và điện trở trong là 1 \Omega
Khi mắc điện trở R_{1}= 5 \Omega
\rightarrow I_1= \frac{U_1}{R_1}= \frac{10}{5}=2 A
Áp dụng định Ôm ta có:
\Rightarrow E= U_1 + I_1.r= 10 + 2r (1)
Khi mắc điện trở R_{2}= 11 \Omega
\rightarrow I_{2}=\frac{U_2}{R_2}=1 A
Áp dụng định luật ôm ta có:
\Rightarrow E= U_2 + I_2.r= 11 + r (2)
Từ (1) và (2) giải hệ phương trình ta được:
E=12 V \: và \: r= 1 \Omega
Vậy suất điện động là 12 V và điện trở trong là 1 \Omega
Như vậy, bài viết về Bài tập vận dụng định luật ôm của HocThatGioi đến đây đã hêt. Qua bài viết này, hi vọng sẽ đem lại nhiều kiến thức bổ ích để các bạn học tập tiến bộ hơn. Đừng quên Like và Share để giúp HocThatGioi ngày càng phát triển. Cuối cùng, cảm ơn tất cả các bạn đã theo dõi hêt bài viết và chúc các bạn học thật tốt!
