Bài tập vận dụng định luật Jun Len xơ và cách giải

Với bài tập vận dụng định luật jun len xơ và cách giải 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.

1. Lý thuyết

* Định luật Jun – len – xơ: Nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn khi có dòng điện chạy qua tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, tỉ lệ thuận với điện trở và thời gian dòng điện chạy qua.

* Công thức: Q = I².R.t

Trong đó: + Q là nhiệt lượng tỏa ra (J)

+ I là cường độ dòng điện (A)

+ R là điện trở (Ω)

+ t: thời gian (s)

* Chú ý:

– Nếu nhiệt lượng Q tính bằng đơn vị calo (cal) thì ta có công thức:

Q = 0,24.I².R.t vì 1J = 0,24 cal

Ngoài ra Q còn được tính bởi công thức: Q = U.I.t hoặc Q = U²/R.t

Công thức tính nhiệt lượng thu vào hoặc tỏa ra của một vật:

Q=m.c.Δt

Trong đó: + m là khối lượng (kg)

+ c là nhiệt dung riêng (J/kgK)

+ Δt: là độ chênh lệch nhiệt độ (^oC).

– Hiệu suất sử dụng của các dụng cụ điện

Trong đó: A_i là năng lượng có ích được chuyển hóa từ điện năng (J)

A là điện năng tiêu thụ (J)

H là hiệu suất sử dụng điện năng (%)

P_i là công suất điện có ích (W)

P_tp là công suất điện toàn phần (W)

Tham khảo thêm:

2. Phương pháp giải

– Đối với các dụng cụ điện biến đổi toàn bộ điện năng thành nhiệt năng như: ấm điện, bếp điện. Điện năng mà các dụng cụ này tiêu thụ chuyển thành nhiệt năng tỏa ra. Phần nhiệt năng này dùng để đun nước, làm nóng các vật khác ….

– Các bước giải:

Bước 1: Tính nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn (trên các dụng cụ điện):

Bước 2: Tính nhiệt lượng vật thu vào:

Trong đó:

+ m là khối lượng vật (kg)

+ c là nhiệt dung riêng của vật (J/kg.K)

+ là nhiệt độ ban đầu và lúc sau của vật.

Bước 3:

+ Đối với trường hợp hiệu suất sử dụng của các dụng cụ điện là 100%, tức là bỏ qua hao phí do nhiệt lượng tỏa ra môi trường. Ta áp dụng phương trình cân bằng nhiệt: Q_toa = Q_thu và rút ra đại lượng cần tìm.

+ Nếu tính đến hao phí thì hiệu suất sử dụng của các dụng cụ điện là:

Tham khảo thêm:

Bài tập vận dụng định luật Jun Len xơ

Để giúp các em hiểu rõ và ghi nhớ các kiến thức lý thuyết một cách tốt nhất, Monkey sẽ cung cấp các dạng bài tập vận dụng định luật Jun Len xơ thường gặp trong chương trình Vật Lý lớp 9.

Bài 1: Phát biểu nào sau đây là không đúng?

Nhiệt lượng tỏa ra ở dây dẫn khi có dòng điện chạy qua:

A. Tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện, với điện trở của dây dẫn với thời gian dòng điện chạy qua.

B. Tỷ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, với điện trở của dây dẫn và với thời gian dòng điện chạy qua.

C. Tỷ lệ thuận với bình phương hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn, với thời gian dòng điện chạy qua và tỉ lệ nghịch với điện trở dây dẫn.

D. Tỷ lệ thuận với hiệu điện thế giữa hai đầu dây dẫn, với cường độ dòng điện và với thời gian dòng điện chạy qua.

Đáp án: A. (Dựa vào lý thuyết và hệ thức về định luật Jun Len xơ)

Bài 2: Tại sao với cùng một dòng điện chạy qua thì dây tóc bóng đèn nóng lên tới nhiệt độ cao còn dây nối với bóng đèn thì hầu như không nóng lên?

Trả lời:

Vì dây tóc bóng đèn và dây nối mắc nối tiếp nhau nên dòng điện chạy qua cả hai có cùng cường độ. Theo định luật Jun Len xơ, nhiệt lượng tỏa ra ở dây tóc và ở dây nối tỉ lệ với điện trở của từng đoạn dây.
Ngoài ra, dây tóc có điện trở lớn nên nhiệt lượng tỏa ra nhiều, do đó dây tóc nóng lên đến nhiệt độ cao và phát sáng. Còn dây nối có điện trở nhỏ nên nhiệt lượng tỏa ra ít và truyền phần lớn cho môi trường xung quanh. Vì vậy, dây nối hầu như sẽ không nóng lên.

Bài 3: Một bếp điện khi hoạt động bình thường có điện trở R = 80Ω và cường độ dòng điện qua bếp khi đó là I = 2,5A.

a) Tính nhiệt lượng mà bếp tỏa ra trong 1s.

b) Dùng bếp điện để đun sôi 1,5l nước có nhiệt độ ban đầu là 25 độ C thì thời gian đun nước là 20 phút. Coi rằng nhiệt lượng cung cấp để đun sôi nước là có ích, tính hiệu suất của bếp. Cho biết nhiệt dung riêng của nước là c = 4200J/kg.K.

c) Mỗi ngày sử dụng bếp điện này 3 giờ. Tính tiền điện phải trả cho việc sử dụng bếp điện đó trong 30 ngày, nếu giá 1kW.h là 700 đồng.

Bài giải:

a) Nhiệt lượng mà bếp tỏa ra trong 1s là:

Q=I²Rt=2,52.80.1=500 (J)

(Có thể xác định công suất tỏa nhiệt của bếp là P = 500W).

b) Nhiệt lượng mà bếp tỏa ra trong 20 phút là:

Qtp = Q.20.60 = 500.20.60 = 600000 (J).

Nhiệt lượng cần để đun sôi lượng nước đã cho là:

Qi = c.m.(t2 – t1) = 4200.1,5.(100-25) = 472500 (J)

Hiệu suất của bếp là: H = Qi/Qtp = 472500/600000 = 78,75%.

c) Lượng điện năng mà bếp tiêu thụ trong 30 ngày (tính theo đơn vị kW.h) là:

A = P.t = 500.30.3 = 45000 (W.h) = 45 (kW.h)

Tiền điện phải trả cho việc sử dụng bếp điện là:

T = 45.700 = 315000 (đồng).

Bài 4: Hai điện trở R1 = R2 = 100 Ω. Người ta mắc hai điện trở đó lần lượt bằng hai cách: song song và nối tiếp, rồi nối vào mạch điện có hiệu điện thế 100V

a) Tính dòng điện qua các điện trở trong mỗi trường hợp.

b) Xác định nhiệt lượng tỏa ra trên mỗi điện trở trong hai trường hợp trong thời gian 30 phút. Có nhận xét gì về kết quả tìm được.

Bài giải:

a) Trường hợp hai điện trở mắc nối tiếp: Rnt = R1 + R2 = 200 (Ω).

Cường độ dòng điện chạy qua bộ là: Int = U/Rnt = 100/200 = 0,5(A)
Trường hợp hai điện trở mắc song song: Rss = (R1.R2) / (R1+R2) = 50 (Ω).
Cường độ dòng điện qua bộ là: Iss = U/Rss = 100/50 = 2 (A).

b) Khi hai điện trở mắc nối tiếp, nhiệt lượng tỏa ra là:

Q = I^2.Rnt.t = 0,52.200.30.60 = 90000 (J)

Khi hai điện trở mắc song song, nhiệt lượng tỏa ra là:

Q = I^2.Rss.t = 22.50.30.60 = 360000 (J)

Từ các phép toán trên, ta thấy được khi mắc điện trở song song thì nhiệt lượng tỏa ra lớn gấp 4 lần so với khi mắc điện trở nối tiếp.

Bài 5: Một đường dây nối từ mạng điện thành phố tới mạng điện một gia đình là dây dẫn bằng đồng có tổng chiều dài 60m có tiết diện 0,6mm2, có điện trở suất 1,7.10-8Ω.m. Biết tổng công suất sử dụng các thiết bị điện của gia đình đó là 176W. Thời gian sử dụng điện mỗi ngày trung bình khoảng 4 giờ. Tính:

a) Điện trở toàn bộ đường dây nối từ mạng chung tới gia đình đó.

b) Cường độ dòng điện chạy trong dây khi sử dụng công suất đã cho trên.

c) Nhiệt lượng tỏa ra trên dây này trong 10 ngày.

Bài giải:

a) Điện trở của toàn bộ đường dây nối từ mạng chung tới gia đình đó là:

R = ρ.l/S = (1,7.10-8.60)/(0,6.10-6) = 1,7 (Ω).

b) Cường độ dòng điện chạy qua dây khi sử dụng công suất dẫn cho trên là:

I = P/U=176/200 = 0,8 (A)

c) Nhiệt lượng tỏa ra trên dây này trong 10 ngày là:

Q =I^2.R.t = 1,7.0,82.10.4.3600 = 156672 (J)

Bài 6: Cho chiều dài của một dây xoắn trong bếp điện là 7m và tiết diện là 0,01mm2. Biết rằng 1,1.10-6 Ω.m là điệu trở suất, hỏi:

a) Độ lớn của điện trở trong dây xoắn là bao nhiêu?

b) Trong trường hợp mắc bếp vào một hiệu điện thế có độ lớn là 220V thì trong khoảng thời gian là 25 phút thì bếp tỏa ra một lượng nhiệt là bao nhiêu?

c) Giả sử sự hao phí nhiệt được bỏ qua thì trong khoảng thời gian là 25 phút thì bếp có thể làm cho bao nhiêu lượng nước từ trạng thái 250C đạt được trạng thái sôi (1000C)? (Biết rằng nước có nhiệt dung riêng là 4200J/kgK).

Bài giải:

a) Điện trở chạy trong dây dẫn có độ lớn là:

R = ρ.l/S = (1,1.10-6.7) / (0,1.10-6) = 77 (Ω).

b) Trong trường hợp mắc bếp vào một hiệu điện thế có độ lớn là 220V thì dây xoắn có dòng điện chạy qua với một cường độ là:

I = U/R = 220/77 = 2,86 (A)

Trong khoảng thời gian là 25 phút thì dây xoắn tỏa ra một lượng nhiệt lượng là:

Qtỏa = I^2.R.t = 2,862.77.25.60 = 944643,8 (J)

c) Để nước từ trạng thái 250C đạt được đến trạng thái là 1000C thì cần thu vào một lượng nhiệt lượng là:

Qthu = m.c.Δt

Theo phương trình cân bằng nhiệt lượng thì ta có được số nhiệt lượng tỏa ra bằng số nhiệt lượng thu vào

944643,8 = m.c.Δt = m.4200.(100 – 25)

m = 3 (kg)

=> Lượng nước được làm sôi từ nhiệt độ 250C là 3 lít (vì khối lượng riêng của nước là 1kg/ lít)

Bài 7: Người ta dùng bếp điện để đun sôi 2 lít nước từ nhiệt độ t = 2000C. Để đun sôi lượng nước đó trong 20 phút thì phải dùng bếp điện có công suất bao nhiêu? Biết nhiệt dung riêng của nước c = 4,18.103 J/kg.độ, hiệu suất của bếp H = 80%.

Bài giải:

Nhiệt lượng cần thiết để đun sôi nước: Q1 = m.c.(t2 – t1)

Nhiệt lượng có ích do bếp cung cấp trong thời gian t: Q2 = H.P.t

Trong đó P là công suất của bếp, H là hiệu suất

Ta có phương trình cân bằng nhiệt: Q1 = Q2

⇒ m.c.(t2 – t1) = H.P.t

Vậy phải dùng bếp điện có công suất là 697W.

Trên đây là một số Bài tập vận dụng định luật Jun Len xơ và cách giải. Hy vọng sẽ giúp ích các em trong quá trình học tập. Chúc các em học tập thật tốt!