Mời các em học sinh đến với bài 17 Bài tập vận dụng định luật Jun – Lenxo | Vật lý 9 được sưu tầm và soạn thảo bởi HOCMAI. Bài viết gồm 3 phần: Lý thuyết, hướng dẫn giải bài tập SGK và bài tập trắc nghiệm + tự luận về chuyên đề định luật Jun – Lenxơ.
Bài viết tham khảo thêm:
- Bài tập về công suất điện và điện năng sử dụng
- Thực hành: Xác định công suất của các dụng cụ điện
- Định luật Jun – Lenxơ
A. Lý thuyết
I. Tóm tắt lý thuyết
– Nội dung của định luật:
Nhiệt lượng tỏa ra từ ở dây dẫn khi có dòng điện chạy qua thì tỉ lệ thuận với bình phương của cường độ dòng điện, tỉ lệ thuận với điện trở của dây dẫn và tỉ lệ thuận thời gian dòng điện chạy qua.
– Hệ thức của định luật:
Q = I².R.t
Trong đó:
- R | Điện trở của vật dẫn | Đơn vị (Ω)
- I | Cường độ dòng điện chạy qua vật dẫn | Đơn vị (A)
- t | Thời gian dòng điện chạy qua vật dẫn | Đơn vị (s)
- Q | Nhiệt lượng tỏa ra từ vật dẫn | Đơn vị (J)
II. Phương pháp giải
1. Tính nhiệt lượng tỏa ra ở trên dây dẫn
Áp dụng định luật Jun – Len xơ:
Q = I².R.t hay Q = P.t = U.I.t = U²/R.t
2. Tính công suất tỏa nhiệt của dây dẫn
Áp dụng công thức: P = Q/t
Trong đó:
- Q | Nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn | Đơn vị (J)
- t | Thời gian dòng điện chạy qua vật dẫn | Đơn vị (s)
- P | Công suất tỏa nhiệt của dây dẫn | Đơn vị (W)
3. Phương trình cân bằng nhiệt
Phương trình cân bằng nhiệt: Qtỏa = Qthu
Trong đó:
- Qtỏa | Nhiệt lượng tỏa ra của dây dẫn
- Qthu | Nhiệt lượng thu vào của dây dẫn
Lưu ý: Trong trường hợp nếu điện trở của dây dẫn là điện trở thuần vậy thì điện năng biến đổi hoàn toàn trở thành nhiệt năng. Khi đó: Q = A
B. Giải bài tập vận dụng định luật Jun – Lenxo trong SGK Vật Lý 9
Câu 1 | Trang 47 SGK Vật Lý 9
Một một bếp điện hoạt động bình thường có điện trở là R = 80Ω và cường độ dòng điện chạy qua bếp khi đó là I = 2,5A
a) Tính nhiệt lượng của bếp tỏa ra trong 1s
b) Dùng bếp điện ở trên để đun sôi 1,5L nước có nhiệt độ ban đầu là 25°C thì thời gian cần để đun sôi nước là 20 phút. Coi rằng nhiệt lượng cung cấp để giúp đun sôi nước là có ích, Hãy tính hiệu suất của bếp. Cho biết c = 4200 J/kg.K là nhiệt dung riêng của nước.
c) Mỗi ngày sẽ sử dụng bếp điện này trong 3 giờ. Tính tiền điện cần phải trả cho việc sử dụng bếp điện đó trong vòng 30 ngày, biết giá 1kWh.h là 700 đồng.
Trả lời:
a) Nhiệt lượng bởi bếp tỏa ra trong 1 giây là:
Q = I².R.t = (2,5)².80.1 = 500J
b) Nhiệt lượng cần để có thể đun sôi nước là:
Qích = Qi = m.c.Δt = 1,5.4200.(100°- 25°) = 472500J
– Nhiệt lượng bởi bếp tỏa ra là:
Qtp = I².R.t = (2,5)².80.1200 = 600000J
Hiệu suất của bếp điện là:
H = (Qi/Qtp).100% = (472500/600000).100% = 78,75%
c) Điện năng sử dụng trong vòng 30 ngày là:
A = P.t = I².R.t = (2,5)² .80.90 = 45000W.h = 45kW.h
Số tiền điện phải trả là:
T = 700.45 = 31500 đồng
Câu 2 | Trang 48 SGK Vật Lý 9
Một ấm điện có ghi là 220V – 1000W được sử dụng với hiệu điện thế U = 220V để đun sôi 2L nước từ nhiệt độ ban đầu là 20°C. Hiệu suất của ấm là H = 90%, trong đó nhiệt lượng cung cấp để có thể đun sôi nước được coi là có ích.
a) Tính nhiệt lượng cần cung cấp để có thể đun sôi lượng nước trên, biết rằng 4200 J/kg.K là nhiệt dung riêng của nước.
b) Tính nhiệt lượng tỏa ra khi đó bởi ấm điện?
c) Tính thời gian cần để đun sôi lượng nước trên?
Trả lời:
a) Nhiệt lượng cần cung cấp để có thể đun sôi lượng nước trên là:
Q1 = c.m.(T – T0) = 4200.2.(100 – 20) = 672000 (J)
b) Hiệu suất của bếp:
H = (Qi/Qtp).100%
– Nhiệt lượng tỏa ra khi đó bởi ấm điện là:
Qtp = Qi/H = 672000/90% 746666,7J ≈ 746700J
c) Từ công thức: Qtp = A = P.t
⇒ Thời gian đun sôi lượng nước:
t = Qtp/P = 746700/1000 = 746,7s
Câu 3 | Trang 48 SGK Vật Lý 9
Đường dây dẫn từ mạng điện chung đến một gia đình có tổng chiều dài là 40m và có lõi làm bằng đồng với tiết diện 0,5 mm². Hiệu điện thế tại cuối đường dây (tại nhà) là U = 220V. Gia đình này sử dụng những dụng cụ điện có tổng công suất là P = 165W trung bình trong 3 giờ mỗi ngày. Biết rằng điện trở suất của đồng là 1,7.10^-8Ω.m.
a) Tính điện trở R của toàn bộ đường dây dẫn từ mạng điện chung đến gia đình.
b) Tính cường độ dòng điện khi sử dụng công suất đã cho trên đây chạy trong dây dẫn
c) Tính nhiệt lượng tỏa ra ở trên dây dẫn ấy trong vòng 30 ngày theo đơn vị là kW.h
Trả lời:
a) Điện trở của toàn bộ đường dây dẫn là:
R = ρ.l/S = 1,7.10^-8.(40/0,5.10^-6) = 1,36Ω
b) Cường độ dòng điện chạy ở trong dây dẫn là:
I = P/U = 165/220 = 0,75A
c) Công suất tỏa ra ở trên dây dẫn là:
Pnh = I².R = 0,75².1,36 = 0,765W
– Nhiệt lượng tỏa ra từ trên dây dẫn là:
Qnh = Pnh.t = 0,765.324000 = 247860 J ≈ 0,07kW.h
(vì 1kW.h = 1000W.3600s = 3600000J)
B. Trắc nghiệm & Tự luận
Câu 1: Khi cho dòng điện chạy qua một đoạn mạch gồm có R1 và R2 được mắc nối tiếp thì nhiệt lượng tỏa ra ở từng điện trở có mối quan hệ như thế nào với các điện trở đó?
Đáp án:
→ Đáp án A là đáp án đúng
Câu 2: Một đoạn mạch gồm có hai dây dẫn được mắc nối tiếp, một dây làm bằng nikêlin dài 1m và có tiết diện là 1mm²; dây kia làm bằng sắt dài 2m có tiết diện là 0,5mm². Khi cho dòng điện chạy qua đoạn mạch đó trong cùng một thời gian thì dây nào là dây tỏa ra nhiều nhiệt lượng hơn? Biết rằng điện trở suất của chất liệu nikêlin là 0,4.10^-6Ω .m và điện trở suất của chất liệu sắt là 12.10^-8Ω .m
A) Dây bằng nikêlin tỏa ra nhiều nhiệt lượng hơn
B) Dây bằng sắt tỏa ra nhiều nhiệt lượng hơn
C) Hai dây đều tỏa nhiệt lượng bằng nhau
D) Cả ba đáp án trên đều sai
Đáp án:
Ta có:
R1 và R2 được mắc nối tiếp vậy nên dòng điện chạy qua hai điện trở có cùng cường độ I.
Ký hiệu nhiệt lượng tỏa ra ở hai điện trở R1 và R2 này tương ứng là Q1 và Q2.
Ta có:
I².t = Q1/R1 = Q2/R2 ⇒ Q1/Q2 = R1/R2
Mà R2 > R1 ⇒ Q2 > Q1
→ Đáp án B là đáp án đúng
Câu 3: Một bếp điện được dùng với hiệu điện thế là 220V thì dòng điện chạy qua bếp điện sẽ có cường độ là 3A. Dùng bếp điện này đun sôi được 2 lít nước từ nhiệt độ ban đầu là 20°C trong thời gian là 20 phút. Tính hiệu suất của bếp điện, biết rằng c = 4200J/kg.K là nhiệt dung riêng của nước.
A) 84,8 %
B) 40%
C) 42,5%
D) 21,25%
Đáp án:
– Nhiệt lượng mà bếp điện tỏa ra trong vòng 20 phút là:
Qtp = U.I.t = 220.3.20.60 = 792000J
– Nhiệt lượng cần cung cấp để giúp đun sôi lượng nước này là:
Q1 = c.m.(t2 – t1) = 4200.2.80 = 672000J
– Hiệu suất của bếp là:
H = Q1/Qtp = 672/792 = 0,848 = 84,8%
→ Đáp án A là đáp án đúng
Câu 4: Một bình nóng lạnh ghi là 220V – 1100W được dùng với hiệu điện thế U = 220V. Tính thời gian để giúp bình đun sôi 10L nước từ nhiệt độ 20°C, biết 4200 J/kg.K là nhiệt dung riêng của nước và nhiệt lượng bị hao phí là rất nhỏ.
A) 30 phút 45 giây
B) 44 phút 20 giây
C) 50 phút 55 giây
D) 55 phút 55 giây
Thời gian để bình đun sôi 10 lít nước từ nhiệt độ 200C là:
Đáp án:
A = P.t ⇒ t = A/P = (m.c.Δt)/P = (10.4200.80)/1100 = 3054,5s ≈ 50 phút 55 giây
→ Đáp án C là đáp án đúng
Câu 5: Trong mùa đông, một lò sưởi điện ghi là 220V – 880W được dùng với hiệu điện thế là 220V trong vòng 4 giờ mỗi ngày. Tính nhiệt lượng lò sưởi điện này tỏa ra trong vòng mỗi ngày.
A) 4,92 kW.h
B) 3,52 kW.h
C) 3,24 kW.h
D) 2,56 kW.h
Đáp án:
– Điện trở của dây nung:
P = U²/R ⇒ R = U²/P = 220²/880 = 55Ω
– Cường độ dòng điện chạy qua dây nung:
P = U.I ⇒ I = P/U = 880/220 = 4A
– Nhiệt lượng tỏa ra từ lò sưởi:
Q = U.I.t = 220.4.4.3600 = 12672000 J = 3,52 kW.h
→ Đáp án B là đáp án đúng
Câu 6: Một ấm điện có ghi là 220V – 1200W được dùng với hiệu điện thế đúng bằng 220V để đun sôi 2,5 lít nước ở nhiệt độ ban đầu là 20°C. Bỏ qua nhiệt lượng tỏa vào môi trường và nhiệt lượng làm nóng vỏ ấm . Hãy tính thời gian đun sôi nước.
Đáp án
Nhiệt lượng cần cung cấp để giúp đun sôi 2,5L nước (tương ứng 2,5 kg nước) là:
Q = m.c.(t2 – t1) = 2,5.4200.(100 – 20) = 840000J
Vì bỏ qua nhiệt lượng tỏa vào môi trường và nhiệt lượng làm nóng vỏ ấm nên nhiệt lượng Q cũng chính là công A của dòng điện.
Ta có: A = P.t ⇒ t = A/P = 840000/1200 = 700s
Câu 7: Dây điện trở trong một bếp điện làm bằng chất liệu nicrom có điện trở suất là 1,1.10^-6Ω.m, chiều dài l = 4,5m và tiết diện S = 0,05mm².
a) Tính điện trở của dây.
b) Bếp được dùng ở hiệu điện thế là U = 220V. Hãy tính công suất của bếp điện rồi từ đó suy ra được nhiệt lượng tỏa ra của bếp trong vòng 30 phút.
Đáp án
a) Điện trở: R = ρ.l/S = 1,1.10^-6.(4,5/0,5.10^-6) = 99Ω
b) Công suất của bếp:
P = U²/R = 220²/99 = 488,9W
– Nhiệt lượng trong 30 phút do bếp tỏa ra:
Q = P.t = 488,9.30.60 = 880000J
Câu 8: Người ta sử dụng bếp điện để đun sôi 2L nước từ nhiệt độ t = 20°C. Để đun sôi lượng nước ấy trong 20 phút thì cần phải dùng bếp điện có công suất là bao nhiêu? Biết rằng hiệu suất của bếp H = 80% và nhiệt dung riêng của nước là c = 4,18.103 J/kg.độ.
Đáp án
– Nhiệt lượng cần thiết để có thể đun sôi nước:
Q1 = m.c.(t2 – t1)
– Nhiệt lượng có ích cung cấp bởi bếp trong thời gian t:
Q2 = H.P.t
Từ đó có phương trình cân bằng nhiệt: Q1 = Q2
⇒ m.c.(t2 – t1) = H.P.t
Vậy cần phải sử dụng bếp điện có công suất 697W
Câu 9: Một đoạn mạch gồm có hai dây dẫn được mắc nối tiếp, một dây dẫn làm bằng nikelin dài 3m có tiết diện 1mm² và dây kia làm bằng sắt dài 8m có tiết diện 0,5mm². Hỏi khi cho dòng điện chạy qua đoạn mạch ấy trong cùng một khoảng thời gian thì dây nào sẽ là dây tỏa nhiều nhiệt lượng hơn?
Đáp án
Điện trở của dây nikelin:
Vậy Q2 = 1,6.Q1
Câu 10: Một bếp điện kiểu 220V – 1000W được dùng với hiệu điện thế U = 220V để đun sôi được 2 lít nước với nhiệt độ ban đầu 25°C. Hiệu suất của cả quá trình đun là 85%.
a) Tính thời gian để đun sôi nước, biết nhiệt dung riêng của nước có giá trị là 4200 J/kg.K.
b) Mỗi ngày cần đun sôi 4 lít nước bằng bếp điện trên thì trong vòng 1 tháng có 30 ngày phải thanh toán bao nhiêu tiền điện cho việc này? Cho biết giá điện là 700 đồng mỗi kW.h.
Đáp án
a) Nhiệt lượng cần thiết để có thể đun sôi 2L nước ( 2kg nước) là:
Q1 = m.c.(t2 – t1) = 2.4200.(100 – 25) = 630000J
Nhiệt lượng do bếp điện đã tỏa ra:
b) Để đun sôi được 4L nước cần nhiệt lượng:
Q’ = 741176,5.2 = 1482352,9J
– Điện năng tiêu thụ trong một tháng do bếp:
Q = 30.Q’ = 30.1482352,9 = 44470588,2J = 12,35 kW.h
⇒ Tiền điện phải thanh toán: T = 700.12,35 = 8645 đồng
Trên đây HOCMAI đã giới thiệu tới các em học sinh Bài tập vận dụng định luật Jun – Lenxo. Hãy tham khảo thật kĩ cả phần lý thuyết và phần hướng dẫn giải các câu câu hỏi trong SGK cũng như các bài tập trắc nghiệm và lý thuyết trên để nắm vững cũng như áp dụng thành thạo định lý Jun – Lenxơ khi làm bài tập nhé!
