Bài 17 bài tập vận dụng định luật jun lenxơ

B. Bài tập và hướng dẫn giải

Bài 1: Trang 47 - SGK vật lí 9 

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 25oC 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 = 4 200J/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.

=> Xem hướng dẫn giải

Bài 2: Trang 48 - SGK vật lí 9 

Một ấm điện có ghi 220V - 1000W được sử dụng với hiệu điện thế 220V để đun sôi 2l nước từ nhiệt độ ban đầu 20oC. Hiệu suất của ấm là 90%, trong đó nhiệt lượng cung cấp để đun sôi nước đước coi là có ích.

a] Tính nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi lượng nước trên, biết nhiệt dung riêng của nước là 4 200J/kg.K.

b] Tính nhiệt lượng mà ấm điện tỏa ra khi đó.

c] Tính thời gian đun sôi lượng nước trên.

=> Xem hướng dẫn giải

Bài 3: Trang 48 - SGK vật lí 9 

Đường dây dẫn từ mạng điện chung tói một gia đình có chiều dài tổng cộng là 40m và có lõi đồng vói tiết diện là 0,5mm­2. Hiệu điện thế ở cuối đường dây [tại nhà] là 220V. Gia đình này sử dụng các đèn dây tóc nóng sáng có tổng công suất là 165W trung bình 3 giờ mỗi ngày. Biết điện trở suất của đồng là 1,7.10-8Ω.m.

a] Tính điện trở của toàn bộ đường dây dẫn từ mạng điện chung tới gia đình.

b] Tính cường độ dòng điện chạy trong đường dây dẫn khi sử dụng công suất đã cho trên đây.

c] Tính nhiệt lượng tỏa ra trên đường dây dẫn này trong 30 ngày theo đơn vị kW.h.

=> Xem hướng dẫn giải

Nội dung quan tâm khác

Trắc nghiệm vật lí 9 bài 17: Bài tập vận dụng định luật Jun - Len xơ [P2]

Định luật Jun- Lenxơ là một trong những phát hiện vĩ đại của vật lý học. Ở chương trình Vật Lý 9 các em sẽ bước đầu tiếp cận với lý thuyết và các công thức căn bản để vận dụng định luật này vào các bài tập tính điện năng trong thực tế đời sống. Vật lý 9 bài 17 là tổng hợp các bài tập từ lý thuyết đến nâng cao vận dụng định luật Jun Lenxơ.

Sau đây, chúng tôi sẽ hướng dẫn chi tiết lời giải và công thức vận dụng các bài tập vật lý 9 bài 17 sgk.

1 – Bài tập trang 47

Bài 1 trang 47 SGK Vật lý 9: Một bếp điện hoạt động bình thường có điện trở R = 80Ω và cường độ dòng điện qua bếp khi đó là I = 2,5 A

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

b. Dùng bếp điện trên để đun sôi 1,5l nước có nhiệt độ ban đầu là 25° C thì thời gian đun nước là 20 phút. Coi rằng nhiệt lượng cung cấp để lun sôi nước là có ích, tính hiệu suất của bếp. Cho biết nhiệt dung riêng của nước là c = 4200 J/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 1 kWh.h là 700 đồng

Các công thức sử dụng:

Để tính tiền điện phải trả ta áp dụng:

• Công thức định luật Jun – Len -xơ : Q = I2Rt
• Công thức tính hiệu suất : H = Qi/Qtp
• Công thức tính điện năng : A = Pt

Lời giải:

a] Tính nhiệt lượng mà bếp toả ra trong 1s.

Nhiệt lượng mà bếp tỏa ra trong 1s là Q = I2Rt = 2,52.80.1 = 500 J.

b] Tính hiệu suất của bếp.

• Nhiệt lượng mà bếp tỏa ra trong 20 phút là Qtp = Q.20.60 = 600000 J. [20 phút = 20. 60s]
• Nhiệt lượng cần để đun sôi lượng nước đã cho là:

Qi = cm[t2 – t1] = 4200.1,5.[100-25] = 472500 J

• Hiệu suất của bếp là: H =
  = 78,75 %.

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 1 kWh là 700 đồng.

• Lượng điện năng mà bếp tiêu thụ trong 30 ngày [theo đơn vị kW.h] là:

A = Pt = 500.30.3 = 45000 W.h = 45 kWh

• Tiền điện phải trả là: T = 45.700 = 315000 đồng.

Đáp số:

a] Nhiệt lượng mà bếp tỏa ra trong 1s là Q = 500 J.

b] Hiệu suất của bếp là: H = 78,75 %.

c] Tiền điện phải trả là 315000 đồng.

2 – Bài tập trang 48

Bài 2 trang 48 SGK Vật lý 9:

Các công thức sử dụng:

Để trả lời câu hỏi trên:

a] Áp dụng công thức Qi = cm[t2 – t1] tính nhiệt lượng Qi cần cung cấp để đun sôi lượng nước trên.

b] Từ công thức H =

⇒ Qtp = Qi/ H

c] Từ công thức Qtp = A = Pt ⇒ t = Qtp/ P

Lời giải:

a] Tính nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi lượng nước trên, biết nhiệt dung riêng của nước là 4200 J/kg.K.

Nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi lượng nước trên là:

Qi = cm[t2 – t1] = 4200.2.[100-20] = 672000 J.

b] Tính nhiệt lượng mà ấm điện đã tỏa ra khi đó.

Nhiệt lượng mà ấm đã tỏa ra khi đó là:

Từ công thức H =

=> Qtp = = 746700 J

c] Tính thời gian đun sôi lượng nước trên.

Thời gian đun sôi lượng nước trên là:

Ta có: Qtp = A = Pt ⇒ t =

≈ 747 s.

Đáp số:

a] Nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi lượng nước trên là Qi = 672000 J.

b] Nhiệt lượng mà ấm đã tỏa ra khi đó là H = 746700 J.

c] Thời gian đun sôi lượng nước trên là t ≈ 747 s.

Giải bài 3 trang 48 SGK Vật lý 9: Đường dây dẫn từ mạng điện chung tới một gia đình có chiều dài tổng cộng là 40m và có lõi bằng đồng với tiết diện là 0,5 mm2. Hiệu điện thế ở cuối đường dây [tại nhà] là 220V. Gia đình này sử dụng các dụng cụ điện có tổng công suất là 165W trung bình 3 giờ mỗi ngày. Biêt điện trở suất của đồng là 1,7.10-8 Ω.m.

a. Tính điện trở của toàn bộ đường dây dẫn từ mạng điện chung tới gia đình.

b. Tính cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn khi sử dụng công suất đã cho trên đây.

c. Tính nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn này trong 30 ngày theo đơn vị kWh.

Các công thức sử dụng;

Để trả lời câu hỏi trên ta cần:

a] Áp dụng công thức R=ρl/S.

b] Áp dụng công thức P = UI ⇒ I

c] Áp dụng công thức Q = I2Rt

Lời giải:

a] Tính điện trở của toàn bộ đường dây dẫn từ mạng điện chung tới gia đình.

Điện trở của toàn bộ đường dây dẫn từ mạng điện chung tới gia đình là:

b] Tính cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn khi sử dụng công suất đã cho trên đây.

Cường độ dòng điện chạy trong đường dây dẫn khi sử dụng công suất đã cho trên đây là:

Từ công thức P = UI, suy ra

c] Tính nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn này trong 30 ngày theo đơn vị kWh.

Nhiệt lượng tỏa ra trên đường dây dẫn này trong 30 ngày theo đơn vị kW.h là:

Q = I2Rt = 0,752.1,36. 30.3 = 68,9 W.h ≈ 0,07 kWh.

Đáp số:

a] Điện trở của toàn bộ đường dây dẫn từ mạng điện chung tới gia đình là: R= 1,36 Ω.

b] Cường độ dòng điện chạy trong đường dây dẫn khi sử dụng công suất đã cho trên đây là: I= 0,75A

c] Nhiệt lượng tỏa ra trên đường dây dẫn này trong 30 ngày theo đơn vị kW.h là: Q ≈ 0,07 kWh.

Phần 2 – Hỗ trợ giải sbt vật lý 9 bài 17 trang 42

Bài 1 trang 42 sách bài tập Vật Lí 9: Định luật jun – lenxơ cho biết điện năng biến đổi thành.

A. Cơ năng

B. Năng lượng ánh sáng

C. Hóa năng

D. Nhiệt năng

Lời giải:

Chọn D. Định luật jun – lenxơ cho biết điện năng biến đổi thành nhiệt năng.

Bài 2 trang 42 sách bài tập Vật Lí 9: Câu phát biểu nào sau đây không đúng ?

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

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

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

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

Lời giải:

Chọn A. Phát biểu không đúng : Nhiệt lượng tỏa ra ở dây dẫn khi có dòng điện chạy qua tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện, với điện trở của dây dẫn và với thời gian dòng điện chạy qua

Nhiệt lượng tỏa ra ở dây dẫn khi có dòng điện chạy qua tỷ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, với điện trở của dây dẫn và thời gian dòng điện chạy qua.

Hệ thức: Q = I2Rt [trong đó: I là cường độ dòng điện [A], R là điện trở dây dẫn [Q], t là thời gian dòng điện chạy qua [s], Q là nhiệt lượng tỏa ra [J]].

Mặt khác

Bài 3 trang 42 sách bài tập Vật Lí 9: Cho hai điện trở R1 và R2. Hãy chứng minh rằng:

Khi cho dòng điện chạy qua đoạn mạch gồm R1 và R2 mắc nối tiếp thì nhiệt lượng tỏa ra ở mỗi điện trở này tỉ lệ thuận với các điện trở đó:

Khi cho dòng điện chạy qua đoạn mạch gồm R1 và R2 mắc song song thì nhiệt lượng tỏa ra ở mỗi điện trở này tỉ lệ nghịch với các điện trở đó:

Lời giải:

a] Vì R1 và R2 mắc nối tiếp nên chúng có cùng cường độ dòng điện chạy qua. Gọi nhiệt lượng tỏa ra ở các điện trở này tương ứng là Q1 và Q2.

Ta có:

vì I1 = I2 [R1 nối tiếp với R2] và t1 = t2 suy ra .

b] Vì R1 và R2 mắc song song với nhau nên hiệu điện thế U giữa hai đầu của chúng là như nhau.

Ta có:

vì U1 = U2 [R1 song song với R2 ]và t1 = t2

Suy ra

Bài 4 trang 42 sách bài tập Vật Lí 9: Một đoạn mạch gồm hai dây dẫn mắc nối tiếp, một dây bằng nikêlin dài 1m có tiết diện 1mm2 và dây kia bằng sắt dài 2m có tiết diện 0,5mm2 Khi cho dòng điện chạy qua đoạn mạch này trong cùng một thời gian thì dây nào tỏa ra nhiều nhiệt lượng hơn.? Vì sao? Biết điện trở suất của Nikêlin là 0,40.10-6Ωm và điện trở suất của sắt là 12,0.10-8Ωm.

Tóm tắt:

Dây 1: S1 = 1mm2 = 1.10-6m2; l1 = 1m; ρ1 = 0,40.10-6Ω.m

Dây 2: S2 = 0,5mm2 = 0,5.10-6m2; l2 = 2m; ρ2 = 12.10-8Ω.m

Hai dây nối tiếp; So sánh Q1 và Q2?

Lời giải:

Điện trở của dây nikêlin là:

Điện trở của dây sắt là:

Vì hai dây dẫn mắc nối tiếp với nhau nên có I1 = I2 = I

và R2 > R1 nên ta có Q2 > Q1. Vậy dây sắt tỏa ra nhiều nhiệt lượng hơn.

Bài 5 trang 42 sách bài tập Vật Lí 9: Một dây dẫn có điện trở 176Ω được mắc vào hiệu điện thế 220V. Tính nhiệt lượng do dây tỏa ra trong 30 phút theo đơn vị jun và đơn vị calo.

Lời giải:

Nhiệt lượng do dây tỏa trong 30 phút là:

Q =[U2 t] / R =[2202.30.60] / 176 = 495000J = 118800cal.

Phần 3 – Hướng dẫn giải sbt vật lý 9 bài 17 trang 43

1 – Bài tập 1

a] Nội dung: Một bếp điện được sử dụng với hiệu điện thế 220V thì dòng điện chạy qua bếp có cường độ 3A. Dùng bếp này thì đun sôi được 2 lít nước từ nhiệt độ ban đầu 20oC trong thời gian 20 phút. Tính hiệu suất của bếp điện, biết nhiệt dung riêng của nước là c = 4200J/Kg.K

b] Cách giải:

U = 220V; I = 3A; V = 2 lít nước ↔ m = 2kg;

T0 = 20oC; t = 20 phút = 1200s; c = 4200J/kg.K, nước sôi T = 100oC;

Hiệu suất H = ?

Nhiệt lượng mà bếp tỏa ra trong 20 phút là:

Qtp = U.I.t = 220.3.20.60 = 792000J

Nhiệt lượng cần cung cấp để đun sôi lượng nước này là:

Qi = m.c.[T – T0] = 2.4200.[100 – 20] = 672000J.

Hiệu suất của bếp là:

H = Qi / Qtp = 672000 / 792000.100 = 84,8%.

2 – Bài tập 2

a] Nội dung: Đặt một hiệu điện thế U vào hai đầu của một điện trở R thì cường độ dòng điện chạy qua là I. Công thức nào dưới đây không phải là công thức tính nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn trong thời gian t?

b] Cách giải: Chọn đáp án A.

3 – Bài tập 3

a] Nội dung: Mắc dây dẫn vào một hiệu điện thế không đổi. Trong cùng một thời gian thì nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn phụ thuộc như thế nào vào điện trở dây dẫn?

A. Tăng gấp đôi khi điện trở của dây dẫn tăng lên gấp đôi

B. Tăng gấp đôi khi điện trở của dây dẫn giảm đi một nửa

C. Tăng gấp bốn khi điện trở của dây dẫn giảm đi một nửa

D. Giảm đi một nửa khi điện trở của dây dẫn tăng lên gấp bốn

b] Cách giải:

Chọn B. vì nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn:

nên khi giảm điện trở đi một nửa thì nhiệt lượng Q tăng gấp đôi.

4 – Bài tập 4

a] Nội dung: Nếu đồng thời giảm điện trở của dây dẫn, cường độ dòng điện và thời gian dòng điện chạy qua dây dẫn đi một nửa thì nhiệt lượng tỏa ra trên dây sẽ thay đổi như thế nào?

A. Giảm đi 2 lần

B. Giảm đi đi 4 lần

C. Giảm đi 8 lần

D. Giảm đi 16 lần

b] Cách giải:

Chọn D. Vì:

Công thức tính nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn trong thời gian t là:

Q = I2Rt

Khi R’ = R/2; I’ = I/2; t’ = t/2 thì

Chọn D. Nếu đồng thời giảm điện trở dây dẫn, cường độ dòng điện và thời gian dòng điện và thời gian dòng điện qua dây dẫn đi một nửa thì nhiệt lượng tỏa ra trên dây sẽ giảm đi 16 lần.

5 – Bài tập 5

a] Nội dung: Dòng điện có cường độ 2mA chạy qua một điện trở 3kΩ trong thời gian 10 phút thì nhiệt lượng tỏa ra ở điện trở này có giá trị dưới đây?

A. Q = 7,2J

B. Q = 60J

C. Q = 120J

D. Q = 3600

b] Cách giải:

Tóm tắt:

I = 2mA = 2.10-3A; R = 3kΩ = 3000Ω; t = 10 phút = 600s; Q = ?

Lời giải:

Chọn A. Q = 7,2J

Nhiệt lượng tỏa ra ở điện trở này có giá trị:

Q = I2Rt = [2.10-3]2. 3000.600 = 7,2J

6 – Bài tập 6

a] Nội dung: Thời gian đun sôi 1,5 lít nước của một ấm điện là 10 phút. Hiệu điện thế giữa hai đầu dây nung của ấm là 220V. tính điện trở của dây nung này, biết rằng nếu kể cả nhiệt lượng hao phí để đun sôi 1 lít nước cần nhiệt lượng là 420000 J?

b] Cách giải:

Tóm tắt:

V = 1,5 lít ↔ m = 1,5kg; U = 220V; t = 10 phút = 600s

V0 = 1 lít ↔ m0 = 1kg; Q0 = 420000J; R = ?

Lời giải:

Nhiệt lượng cần thiết để đun sôi 1 lít nước là: Q0 = m0.c.Δto

Nhiệt lượng cần thiết để đun sôi 1,5 lít nước là:

Q = m.c.Δto = 1,5m0.c. Δto = 1,5.Q0 = 630000 [J] [vì m = 1,5kg = 1,5.m0]

Mặt khác:

→ Điện trở của dây nung:

Phần 4 – Đáp số và lời giải sbt vật lý 9 bài 17 trang 44

1 – Bài tập 1

a] Nội dung: Khi mắc một bàn là vào hiệu điện thế 110V thì dòng điện chạy qua nó có cường độ 5A. Bàn là này được sử dụng trung bình 15 phút mỗi ngày.

a] Tính công suất tiêu thụ của bàn là này theo đơn vị W

b] Tính điện năng mà bàn là này tiêu thụ trong 30 ngày tính theo đơn vị kWh

c] Tính nhiệt lượng bàn là tỏa ra trong 30 ngày theo đơn vị kJ, cho rằng điện năng mà bàn là này tiêu thụ được biến đổi hoàn toàn thành nhiệt năng

b] Cách giải:

Tóm tắt:

U = 110V; I = 5A; t0 = 15 phút = 0,25h = 900s; t = 30.0,25 = 7,5h = 27000s

a] P = ?W;

b] A = ? kW.h

c] Q = ? kJ

Lời giải:

a] Công suất tiêu thụ của bàn là: P = U.I = 110.5 = 550W = 0,55kW

b] Điện năng mà bàn là tiêu thụ trong 30 ngày:

A = P.t = 0,55kW.7,5h = 4,125 kW.h

c] Nhiệt lượng tỏa ra của bàn là:

Q = 4,125 kWh = 4,125.1000.3600 = 14850000[J] = 14850 kJ

2 – Bài tập 2

a] Nội dung: Một bình nóng lạnh có ghi 220V – 1100W được sử dụng với hiệu điện thế 220V

a] Tính cường độ dòng điện chạy qua bình khi đó

b] Tính thời gian để bình đun sôi 10 lít nước từ nhiệt độ 20oC, biết nhiệt dung riêng của nước là 4200J/kg.K và nhiệt lượng bị hao phí là rất nhỏ

c] Tính tiền điện phải trả cho việc sử dụng bình như trên trong 30 ngày , biết rằng thời gian sử dụng trung bình mỗi ngày là 1 giờ, và giá tiền điện là 1000đ/kWh

b] Cách giải:

Tóm tắt:

Uđm = 220V; Pđm = 1100W; U = 220V

a] I = ?;

b] V = 10 lít ↔ m = 10kg; T1 = 20oC, nước sôi T2 = 100oC; c = 4200J/kg.K; t = ?

c] t0 = 1h; t’ = 1.30 = 30h; 1000đ/kWh; tiền = ?đồng

Lời giải:

a] Vì Uđm = U = 220V nên công suất tiêu thụ của bình nóng lạnh bằng công suất định mức:

P = Pđm = 1100W

Cường độ dòng điện qua bình:

P = I.U ⇒ I = P/U = 1100/220 = 5A

b] Nhiệt lượng cần thiết để đun sôi 10 lít nước từ 20oC là:

Q = m.c.[T2 – T1] = 10.4200.[100oC – 20oC] = 3,36.106 J

Vì nhiệt lượng bị hao phí là rất nhỏ nên Q = A = P.t

→ Thời gian đun sôi 10 lít nước:

≈ 50 phút 55 giây.

c] Điện năng tiêu thụ của bình trong một tháng là:

A = P.t’ = 1,1kW.30h = 33kW.h

Tiền phải trả: T = 33.1000 = 33000 đồng.

3 – Bài tập 3

a] Nội dung: Trong mùa đông, một lò sưởi có ghi 220V – 880W được sử dụng với hiệu điện thế 220V trong 4 giờ mỗi ngày.

a] Tính điện trở của dây nung lò sưởi và cường độ dòng điện chạy qua nó khi đó

b] Tính nhiệt lượng mà lò sưởi này toả ra trong mỗi ngày theo đơn vị kJ.

c] Tính tiền điện phải trả cho việc dùng lò sưởi như trên trong suốt mùa đông, tổng cộng là 30 ngày. Cho rằng giá tiền điện là 1000đ/kWh

b] Cách giải:

Tóm tắt:

ULđm = 220V; PLđm = 880W = 0,88kW; U = 220V; t0 = 4h = 4.3600 = 14400s

a] R = ?; I = ?

b] Q0 = ?kJ

c] t = 4.30 = 120h; 1000đ/kWh; tiền = ?đồng

Lời giải:

a] Vì ULđm = U = 220V nên công suất tiêu thụ của lò sưởi bằng công suất định mức: P = PLđm = 880W

Điện trở của dây nung:

P = U2 / R ⇒ R = U2 / P = 2202 / 880 = 55Ω.

Cường độ dòng điện chạy qua nó: P = I.U ⇒ I = P / U = 880 / 220 = 4A

b] Nhiệt lượng tỏa ra của lò sưởi bằng điện năng mà lò sưởi tiêu thụ mỗi ngày.

Q = A = P.t0 = 880.14400 = 12672000J = 12672 kJ

c] Điện năng mà lò sưởi tiêu thụ trong một tháng là:

A = P.t’ = 0,88kW.120h = 105,6kW.h

Tiền điện phải trả: T = 105,6.1000 = 105600 đồng

Kết luận

Trên đây là tất cả các bài tập vận dụng Công thức định luật Jun – Len xơ vật lý 9 bài 17. Hi vọng rằng bài viết này sẽ giúp học sinh nắm vững công thức, từ đó có kế hoạch ôn tập hiệu quả để đạt kết quả cao trong các bài thi môn Vật Lý 9.

Chúc các em học tập tốt và đừng quên theo dõi thêm nhiều bài viết của Kiến để việc học trở nên thú vị và dễ dàng hơn nhé!!!