Bài tập về Dòng điện, nguồn điện Vật lí lớp 11 (Có đáp án)

Lop11.2.1 Dòng điện-Nguồn điện 
I- Lý thuyết 
1 Dòng điện
+ Dòng điện là dòng chuyển động có hướng của các điện tích.;Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển động có hướng của các electron tự do.
+ Qui ước chiều dòng điện là chiều chuyển động của các diện tích dương (ngược với chiều chuyển động của các điện tích âm).
+ Các tác dụng của dòng điện : Tác dụng từ, tác dụng nhiệt, tác dụng hoác học, tác dụng cơ học, sinh lí, 
+ Cường độ dòng điện cho biết mức độ mạnh yếu của dòng điện. Đo cường độ dòng điện bằng ampe kế. Đơn vị cường độ dòng điện là ampe (A).
2 Cường độ dòng điện. Dòng điện không đổi
a) Cường độ dòng điện 
 Cường độ dòng điện là đại lượng đặc trưng cho tác dụng mạnh, yếu của dòng điện. Nó được xác định bằng thương số của điện lượng Dq dịch chuyển qua tiết diện thẳng của vật dẫn trong khoảng thời gian Dt và khoảng thời gian đó. I = 
b) Dòng điện không đổi: Dòng điện không đổi là dòng điện có chiều và cường độ không đổi theo thời gian.
 Cường độ dòng điện của dòng điện không đổi: I = .
c).Công thức tính mật độ dòng điện: mà 
 à ; 
 trong đó :
+S:tiết diện thẳng của dây dẫn(m2)
+n:mật độ hạt mang điện tự do(hạt/m3)
+ e:điện tích hạt e ( môi trường khác thì thay e bằng q0 là điện tích hạt mang điện tự do)
+ v:vận tốc trung bình của hạt mang điện(m/s) (tốc độ trôi)
+ i (A/m2)
3. Nguồn điện 
+ Nguồn điện duy trì hiệu điện thế giữa hai cực của nó.
+ Lực lạ bên trong nguồn điện: Là những lực mà bản chất không phải là lực điện. Tác dụng của lực lạ là tách và chuyển electron hoặc ion dương ra khỏi mỗi cực, tạo thành cực âm (thừa nhiều electron) và cực dương (thiếu hoặc thừa ít electron) do đó duy trì được hiệu điện thế giữa hai cực của nó.
+ Suất điện động của nguồn điện
 Suất điện động của nguồn điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện và được đo bằng thương số giữa công A của lực lạ thực hiện khi dịch chuyển một điện tích dương q ngược chiều điện trường và độ lớn của điện tích đó. = 
+ Đơn vị của suất điện động trong hệ SI là vôn (V).
 Số vôn ghi trên mỗi nguồn điện cho biết trị số của suất điện động của nguồn điện đó.
 Suất điện động của nguồn điện có giá trị bằng hiệu điện thế giữa hai cực của nó khi mạch ngoài hở.
 Mỗi nguồn điện có một điện trở gọi là điện trở trong của nguồn điện.
4- Pin và acquy
a) Pin điện hoá
 Cấu tạo chung của các pin điện hoá là gồm hai cực có bản chất khác nhau được ngâm vào trong chất điện phân.
 Do tác dụng hoá học một thanh (thanh kẻm) thừa electron nên tích điện âm thanh thứ 2 (thanh đồng) thiếu electron nên tích điện dương.
b) Acquy là nguồn điện có thể nạp lại để sử dụng nhiều lần dựa trên phản ứng hoá học thuận nghịch: nó tích trử năng lượng dưới dạng hoá năng khi nạp và giải phóng năng lượng ấy dưới dạng điện năng khi phát điện Có hai loại Acquy chì (ác quy a xít) : Bản cực dương bằng chì điôxit (PbO2) cực âm bằng chì (Pb). 
Và Acquy kiềm (Acquy cađimi-kền), cực dương được làm bằng Ni(OH)2, còn cực âm làm bằng Cd(OH)2 ; các cực đó dược nhúng trong dung dịch kiềm KOH hoặc NaOH.
Thông số kỹ thuật quan trọng là Ampe.giờ (Ah): Dung lượng của ác quy (hay pin nạp) là Lượng điện tích (Điện lượng) cần thiết nạp đầy cho ác quy (hay pin nạp)
II- Bài tập 
Dạng 1: Đại cương về dòng điện, 
Ví dụ 1: 1-Trong dây dẫn kim loại có dòng điện không đổi chạy qua là 1,6mA. Tính
a) Điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong 50 giây 
b) Số lượng electon chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong 1 phút.
2- Dòng điện chạy qua bóng đèn hình của một ti vi thường dùng có cường độ 60µA. Số electron tới đập vào màn hình của tivi trong mỗi giây là:
Hướng dẫn giải
 a) Từ 
b) Điện lượng qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong 1 phút
 Q = It à 
Số e qua tiết diện thẳng: Từ (hạt)
2- ; (hạt)
Ví dụ 2 Dòng điện không đổi có cường độ 3A ,sau khoảng thời gian có điện lượng 4C chuyển qua tiết diện thẳng .Cùng khoảng thời gian đó với dòng điện 4,5A thì điện lượng qua tiết diện đó là
Hướng dẫn giải
Từ 
Ví dụ 3 Dòng không đổi I=4,8A chạy qua dây kim loại tiết diện thẳng S=1cm2. Tính:
a.Số e qua tiết diện thẳng trong 1s.
b.Vận tốc trung bình trong chuyển động định hướng của e, biết n=3.1028(hạt/m3)
Hướng dẫn giải
a) 
+ (hạt)
b) Từ mà 
 à 
Ví dụ 4 Khối lượng mol nguyên tử của Bạc là 108.10-3 kg/mol. Khối lượng riêng của Bạc là 10,49.103 kg/m3. Biết rằng mỗi nguyên tử của Bạc đóng góp một electron dẫn. 
a).Tính mật độ electron tự do trong Bạc. 
b). Một dây tải điện bằng đồng, tiết diện là 5mm2, mang dòng điện 7,5A. Tính tốc độ trôi của electron dẫn trong dây dẫn đó.
Hướng dẫn giải:
a) Mật độ electron tự do trong Bạc. 
108.10-3 kg có 6,02.1023 nguyên tử (1 nguyên tử góp 1 e dẫn); 10,49.103 kg có số nguyên tử và chính là số electron tự do chính là Mật độ e tự do là
 = 0,5847.1029 (e/m3)
b) Tốc độ trôi của e:
Số e qua 1 tiết diện thẳng trong 1 s là n = v.S.n0 (v là vận tốc) 
 mà q0 = n. e = v.S.n0 .e 
Từ đó I= v.S.n0.e = 1,6.10-4 m/s
Dạng 2: Nguồn điện, công, công suất nguồn điện
Ví dụ 5 a) Suất điện động của ác quy là 6V. Tính công của lực lạ làm dịch chuyển lượng điện tích 0,8C bên trong nguồn điện từ cực âm đến cực dương.
 b)Công của lực lạ làm di chuyển điện tích 4C từ cực âm đến cực dương bên trong nguồn điện là 24J. Suất điện động của nguồn là bao nhiêu? Và cường độ dòng điện trong mạch biết thời gian dịch chuyển lượng điện tích này là 10s.
Hướng dẫn giải:
a) Từ 
b)Từ 
 +
Ví dụ 6 acquy có suất điện động 6V có dung lượng là 15Ah, nếu coi nó cung cấp dòng điện không đổi 0,5A
a) Khi nạp đầy, ác quy đã được nhận một điện lượng bao nhiêu?
b) Acquy này có thể sử dụng thời gian bao lâu cho tới khi phải nạp lại.
Hướng dẫn giải:
a)Dung lượng là lượng điện tích nạp đầy cho ác quy q = I.t = 15.3600 = 54000(C)
b) Khi sử dụng, ác quy cung cấp cường độ 
 I/ = 0,5Aà t/ =q/I/ = 54000/0,5=108000(s) =30(h)
Ví dụ 7 Một người dùng bộ sạc điện USB Power Adapter A1385 lấy điện từ mạng điện sinh hoạt để sạc điện cho Smartphone Iphone 6 Plus. Thông số kỹ thuật của A1385 và pin của Iphone 6 Plus được mô tả bằng bảng sau:
Khi sạc pin cho Iphone 6 từ 0% đến 100% thì tổng dung lượng hao phí và dung lượng mất mát do máy đang chạy các chương trình là 25%. Xem dung lượng được nạp đều và bỏ qua thời gian nhồi pin. Thời gian sạc pin từ 0% đến 100% khoảng 
	A. 2 giờ 11 phút. 	B. 2 giờ 55 phút. 	C. 3 giờ 26 phút. 	D. 3 giờ 53 phút. 
Hướng dẫn giải:
Điện lượng mạng điện cung cấp q = I.t = 1.t 
Điện lượng cung cấp pin nhận được : 
Dung lượng pin cần cung cấp để pin đầy là q2 = 2,915Ah
Do q1 = q2 à = 3 giờ 53phút
III- Luyện tập 
Bài tập 1 Số electron dịch chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong khoảng thời gian 2 s là 6,25.1018 e. Khi đó dòng điện qua dây dẫn có cường độ bao nhiêu? 
Hướng dẫn giải:
a) 
Bài tập 2 Một dòng điện không đổi trong thời gian 10 s có một điện lượng 1,6 C chạy qua.
a. Tính cường độ dòng điện đó. 
b. Tính số eletron chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong thời gian 10 phút. 
Hướng dẫn giải
 a) Từ 
b) Điện lượng qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong 10 phút
 Q = It à 
Số e qua tiết diện thẳng: Từ (hạt)
Bài tập 3 Khối lượng mol nguyên tử của đồng là 64.10-3 kg/mol. Khối lượng riêng của đồng là 8,9.103 kg/m3. Biết rằng mỗi nguyên tử đồng đóng góp một electron dẫn. Một dây tải điện bằng đồng, tiết diện 10mm2, mang dòng điện 10A. Tính tốc độ trôi của electron trong dây dẫn đó?
Hướng dẫn giải:
Mật độ e là số e trong 1m3
 Cứ 64.10-3 kg có 6,02.1023 nguyên tử (1 nguyên tử góp 1 e dẫn)
1m3 đồng (nặng 8,9. 103 kg) có số e là : (6,02.1023 x 8,9. 103 )/ 64.10-3 = 8,37.1028 (e/m3)
Số e qua 1 tiết diện thẳng trong 1 s là N = v.S.w (v là vận tốc) 
Do q = N. e = I à I= v.S.w.e à v = I/S.n.e = 7,46.10-5 m/s
Bài tập 4 Suất điện động của một ắcquy là 3V, lực lạ làm di chuyển điện tích từ cực âm đến cực dương đã thực hiện một công 6mJ. 
a) Xác định lượng điện tích đó.
b) Thời gian lượng điện tích trên dịch chuyển trong 4s, xác định cường độ dòng điện trong mạch.
	Hướng dẫn giải:
a)Từ 
b) 	 Từ 
Bài tập 5 Một bộ pin của một thiết bị điện có thể cung cấp một dòng điện 2 A liên tục trong 1 giờ thì phải nạp lại.
	a. Nếu bộ pin trên được sử dụng liên tục trong 4 giờ ở chế độ tiết kiệm năng lượng thì phải nạp lại. Tính cường độ dòng điện mà bộ pin này có thể cung cấp?
	b. Tính suất điện động của bộ pin này nếu trong thời gian 1 giờ cung cấp một dòng điện 2 A nó sinh ra một công là 72 KJ.
Hướng dẫn giải:
a) 
b)