bài tập vật lí chương 3- vật lí 11

CHƯƠNG III      DÒNG ĐIỆN TRONG  CÁC MÔI TRƯỜNG

CHỦ ĐỀ 1: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI

A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT

1.Điện trở suất (điện trở) phụ thuộc nhiệt độ

ρ=ρo(1 + α.∆t)    hoặc R=Ro(1 + α.∆t) 

Trong đó:

(: điện trở suất ở nhiệt độ t0C

(: điện trở suất ở nhiệt độ t00C

(K-1): hệ số nhiệt điện trở

: độ biến thiên nhiệt độ

2.Cường độ dòng điện trong dây dẫn kim loại

I = n.qe.S.v  

Trong đó:

n : mật độ electron trong kim loại (hạt.m-3)   

qe : điện tích của electron (C)

S : tiết diện dây dẫn (m2)  v : vận tốc trôi của electron (m.s-1)

N : số elctron trong kim loại   V : thể tích kim loại (m3)

m : khối lượng kim loại                A : phân tử khối kim loại

3.Suất điện động nhiệt điện

ξ=αT(Tlớn – Tnhỏ )    

T(oK)=t(oC) + 273   

αT  : hệ số nhiệt điện động (V.K-1)    

ξ  : suất điện động nhiệt điện (V)

Tlớn ,Tnhỏ : nhiệt độ tuyệt đối 2 đầu cặp nhiệt điện (oK)

B. BÀI TẬP VẬN DỤNG

Bài 1: Ñoàng coù ñieän trôû suaát ôû 200C laø 1,69.10–8 m vaø coù heä soá nhieät ñieän trôû laø 4,3.10 – 3 (K –1).

a. Tính ñieän trôû suaát cuûa ñoàng khi nhieät ñoä taêng leân ñeán 1400C.

b. Khi ñieän trôû suaát cuûa ñoàng coù giaù trò 3,1434.10 – 8 m thì ñoàng coù nhieät ñoä baèng bao nhieâu ?                            

ÑS: 2,56.10–8 m; 2200C

Bài 2. Một bóng đèn 220 V - 40 W có dây tóc làm bằng vônfram. Điện trở của dây tóc bóng đèn ở 200 C là R0 = 121 . Tính nhiệt độ của dây tóc khi bóng đèn sáng bình thường. Cho biết hệ số nhiệt điện trở của vônfram là  = 4,5.10-3 K-1.

ÑS: 20200C

Bài 3: Một dây kim loại có điện trở 20 khi nhiệt độ là 250C. Biết khi nhiệt độ tăng thêm 4000C thì điện trở của dây kim loại là 53,6.

a. Tính hệ sô nhiệt điện trở của dây kim loại

b. Điện trở của dây dẫn tăng hay giảm bao nhiêu khi nhiệt độ tăng đến 3000C kể từ 250C.

ĐS:  a) 4,2.10-3 (K-1), b)

Bài 4. Một mối hàn của cặp nhiệt điện có hệ số nhiệt điện động T = 65 V/K được đặt trong không khí ở t1 = 200 C, còn đầu còn lại được nung nóng ở nhiệt độ t2.

a. Tìm suất điện động nhiệt điện khi t2 = 2000C

b. Để suất điện động nhiệt điện là 2,6mV thì nhiệt độ t2 là bao nhiêu?

ĐS: E = 1,17mV, b) t2 = 4200C

Bài 5:Dây tỏa nhiệt của bếp điện có dạng hình trụ ở 20oC có điện trở suất ρ=5.10-7 Ωm , chiều dài 10 m , đường kính 0,5 mm.

a) Tính điện trở của sợi dây ở nhiệt độ trên.

b) Biết hệ số nhiệt của điện trở của dây trên là α=5.10-7 K-1.Tính điện trở ở 200oC.

Bài 6: Moät moái haøn cuûa moät caëp nhieät ñieän coù heä soá nhieät ñieän ñoäng  laø 32,4 V/K ñöôïc ñaët trong khoâng khí, coøn moái haøn kia ñöôïc nung noùng ñeán nhieät ñoä 3300C thì suaát ñieän ñoäng nhieät ñieän cuûa caëp nhieät ñieän naøy coù giaù trò laø 10,044 mV.

a. Tính nhieät ñoä cuûa ñaàu moái haøn kia.

b. Ñeå suaát nhieät ñoäng nhieät ñieän coù giaù trò 5,184mV thì phaûi taêng hay giaûm nhieät ñoä cuûa moái haøn ñang nung moät löôïng bao nhieâu ?

Ñs:  200C, 1500C 

CHỦ ĐỀ 2: DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN

A. TÓM TẮT LÍ THUYẾT

1. Dòng điện trong chất điện phân

    - Trong dung dịch, các axit, ba zơ, muối bị phân li thành ion.

   - Dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các ion trong điện trường theo hai hướng ngược nhau.

    - Hiện tượng gốc axit trong dung dịch điện phân tác dụng với cực dương tạo thành chất điện phân tan trong dung dịch và cực dương bị mòn đi gọi là hiện tượng dương cực tan.

       - Các định luật Faraday: (chỉ đúng trong trường hợp điện phân dương cực tan).

 + Định luật Faraday thứ nhất: Khối lượng vật chất được giải phóng ở điện cực của bình điện phân tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình đó.

m = kq

 Trong đó, k là đương lượng điện hoá của chất giải phóng điện cực.

 + Định luật Faraday thứ hai: Đương lượng điện hoá k của một nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gam của nguyên tố đó. Hệ số tỉ lệ là , trong đó F được gọi là số Faraday.

k= .

Kết hợp hai định luật Faraday ta thiết lập được công thức tính khối lượng chất điện phân giải phóng ở điện cực:                                  m = .It

          Lưu ý:    + m(kg) =  .It              +  m(g) =  .It               F = 96.500C/mol.

B . BÀI TOÁN VỀ HIỆN TƯỢNG ĐIỆN PHÂN

Phương pháp: sử dụng các định luật Farađây về hiện tượng điện phân

* Định luật Farađây I:

m = kq = k.I.t

 Trong đó, k (Kg/C) là đương lượng điện hoá của chất giải phóng điện cực.

* Định luật Farađây II:

m = .It

Trong đó:   F = 96.500C/mol.

                   m (g) khối lượng giải phóng ở điện cực

                   I (A) cường độ dòng điện qua bình điện phân

                   t (s) thời g ian dòng điện qua bình điện phân

                  A: nguyên tử lượng ( khối lượng mol)

                  n: hóa trị của chất thoát ra ở điện cực

Chú ý:  1.Khi bài toán  yêu cầu tìm cường độ dòng điện qua bình điện phân thì lưu ý:

                  + Nếu bình điện phân có hiện tượng dương cực tan thì xem như điện trở thuần.

                  + Nếu bình điện phân không có hiện tượng dương cực tan thì xem như là may thu và áp dụng định luật Ôm trong trường hợp có máy thu.

            2. Trong trường hợp chất giải phóng ở điện cực là chất khí thì ta vẫn áp dụng công thức trên để tìm khối lượng của  khí thoát ra và từ đó tìm thể tích ( ở điều kiện chuẩn 1mol khí chiếm thế tích 22400cm3).

* CÁC CÔNG THỨC KHÁC

và V = S.d

Trong đó:

D (g/m3): khối lượng riêng

d (m): bè dày kim loại bám vào điện cực

S (m2): diện tích mặt phủ của tấm kim loại

V (m3): thể tích kim loại bám vào điện cực.

C. BÀI TẬP ÁP DỤNG

Bài 1: Một tấm kim loại được đem mạ niken bằng phương pháp điện phân. Biết diện tích bề mặt kim loại là 40cm2, cường độ dòng điện qua bình là 2A, niken có khối lượng riêng D = 8,9.103kg/m3, A =58, n=2. Tính chiều dày của lớp niken trên tấm kinh loại sau khi điện phân 30 phút. Coi niken bám đều lên bề mặt tấm kim loại.

Hướng dẫn:

Sử dụng công thức: m = .It

- Chiều dày của lớp mạ được tính:   d =

Bài 2: Một bình điện phân đựng dung dịch đồng sunfat ( CuSO4 ) với anốt bằng đồng (Cu). Điện trở của bình điện phân là R = 10. Hiệu điện thế đặt vào hai cực là U = 40V.

a) Xác định cường độ dòng điện đi qua bình điện phân.

b) Xác định lượng đồng bám vào cực âm sau 1 giờ 4 phút 20 giây. Cho biết đối với đồng A = 64 và n = 2.

Bài 3:  Cho maïch ñieän nhö hình veõ. Trong ñoù boä nguoàn coù 10 nguoàn gioáng nhau moãi nguoàn coù suaát ñieän ñoäng = 4V vaø ñieän trôû trong r = 0,2 maéc thaønh 2 daõy, moãi daõy coù 5 nguoàn. Ñeøn Ñ coù ghi (6V - 18W).  Caùc ñieän trôû R1 = 5 ;  R2 = 2,9 ; R3 = 3 ; RB = 5 vaø laø bình ñieän phaân ñöïng dung dòch Zn(NO3)2 coù cöïc döông baèng Zn. Ñieän trôû cuûa daây noái khoâng ñaùng keå. Tính :

a)      Cöôøng ñoä doøng ñieän chaïy trong maïch chính.

 b) Löôïng Zn giaûi phoùng ra ôû cöïc aâm cuûa bình aâm ñieän phaân trong thôøi gian 2 giôø 8 phuùt 40 giaây. Bieát Zn coù hoùa trò 2 vaø coù nguyeân töû löôïng 65.

c) Hieäu ñieän theá giöõa hai ñieåm A vaø M.

Bài 4:   Cho maïch ñieän nhö hình veõ. Trong ñoù ñeøn Ñ coù ghi (6V - 6W) ; R1 = 3 ; R2 = R4 = 2 ; R3 = 6  ;  RB = 4 vaø laø bình ñieän phaân ñöïng dung dòch CuSO4 coù cöïc döông baèng ñoàng ; boä nguoàn goàm 5 nguoàn gioáng nhau moãi   caùi coù suaát ñieän ñoäng  coù ñieän trôû trong r = 0,2 maéc noái tieáp. Bieát ñeøn Ñ saùng bình thöôøng. Tính

a)      Suaát ñieän ñoäng cuûa moãi nguoàn ñieän.

b)      Löôïng ñoàng giaûi phoùng ôû cöïc aâm cuûa bình ñieän phaân sau thôøi gian 32 phuùt 10 giaây.

c)      Bieát ñoàng coù hoùa trò 2 vaø coù nguyeân töû löôïng 64.

d)      Hieäu ñieän theá giöõa hai ñieåm A vaø N.

Bài 5: Cho maïch ñieän nhö hình veõ. Trong ñoù boä nguoàn coù 10 nguoàn gioáng nhau, moãi nguoàn coù suaát ñieän ñoäng = 3,6V, ñieän trôû trong r = 0,8 maéc thaønh 2 daõy, moãi daõy coù 5 nguoàn. Ñeøn Ñ coù ghi (6V - 3W).  Caùc ñieän trôû R1 = 4 ;  R2 = 3 ; R3 = 8 ; RB = 2 vaø laø bình ñieän phaân ñöïng dung dòch CuSO4 coù cöïc döông baèng Cu. Ñieän trôû cuûa daây noái vaø ampe keá khoâng ñaùng keå, cuûa voân keá raát lôùn.

a)      Xaùc ñònh soá chæ cuûa ampe keá vaø voân keá.

 b) Tính löôïng Cu giaûi phoùng ra ôû cöïc aâm cuûa bình aâm ñieän phaân trong thôøi gian 32 phuùt 10 giaây. Bieát Cu coù hoùa trò 2 vaø coù nguyeân töû löôïng 64.

c) Cho bieát ñeøn Ñ coù saùng bình thöôøng khoâng ? Taïi sao ?

Bài 6: Cho maïch ñieän nhö hình veõ. Nguồn có coù suaát ñieän ñoäng = 24V, r = 1,

điện dung tụ C = 4.Ñeøn Ñ coù ghi (6V - 6W). Caùc ñieän trôû R1 = 6 ;  R2 = 4

;Rp = 2 vaø laø bình ñieän phaân ñöïng dung dòch CuSO4 coù cöïc döông baèng Cu.

a. Tính điện trở tương đương của đoạn mạch.

b. Tính löôïng Cu giaûi phoùng ra ôû cöïc aâm cuûa bình aâm ñieän

phaân trong thôøi gian 16 phuùt 5 giaây. Bieát Cu coù hoùa trò 2 vaø coù nguyeân töû löôïng 64.

c. Tính điện tích trên tụ C.

Bài 7: Cho điện như hình vẽ. Trong đó bộ nguồn có n pin mắc nối tiếp, mỗi pin có suất điện động 1,5 V và điện trở trong 0,5 . Mạch ngoài gồm các điện trở R1 = 20 ; R2 =      9 ; R3 = 2 ; đèn Đ loại 3V - 3W; Rp là bình điện phân đựng dung dịch AgNO3, có cực đương bằng bạc. Điện trở của ampe kế và dây nối không đáng kể; điện trở của vôn kế rất lớn. Biết ampe kế A1 chỉ 0,6 A, ampe kế A2 chỉ 0,4 A. Tính:

 a) Cường độ dòng điện qua bình điện phân và điện trở của bình điện phân.

 b) Số pin và công suất của bộ nguồn.

 c) Số chỉ của vôn kế.

 d) Khối lượng bạc giải phóng ở catôt sau 32 phút 10 giây.

 e) Đèn Đ có sáng bình thường không? Tại sao?

Bài 8 :. Cho mạch điện như hình vẽ. Trong đó bộ nguồn gồm 8 nguồn giống nhau, mỗi cái có suất điện động  e = 5 V; có điện trở trong r = 0,25  mắc nối tiếp; đèn Đ có loại 4 V - 8 W; R1 = 3 ; R2 = R3 = 2  ; RB = 4  và là bình điện phân đựng dung dịch Al2(SO4)3 có cực dương bằng Al. Điều chỉnh biến trở Rt để đèn Đ sáng bình thường. Tính:

 a) Điện trở của biến trở tham gia trong mạch.

 b) Lượng Al giải phóng ở cực âm của bình điện phân trong thời gian 1 giờ  4 pht 20 giây. Biết Al có n = 3 và có A = 27.

 c) Hiệu điện thế giữa hai điểm A và M.

Bài 9:. Cho mạch điện như hình vẽ. Ba nguồn điện giống nhau, mỗi cái có suất điện động e và điện trở trong r. R1 = 3 ; R2 = 6 ; bình điện phân chứa dung dịch CuSO4 với cực dương bằng đồng và có điện trở Rp = 0,5 . Sau một thời gian điện phân 386 giây, người ta thấy khối lượng của bản cực làm catôt tăng lên 0,636 gam.

 a) Xác định cường độ dòng điện qua bình điện phân và qua từng điện trở.

 b) Dùng một vôn có điện trở rất lớn mắc vào 2 đầu A và C của bộ nguồn. Nếu bỏ mạch ngoài đi thì vôn kế chỉ 20 V. Tính suất điện động và điện trở trong của mỗi nguồn điện.

Bài 10. Cho mạch điện như hình vẽ. Trong đó E1 = 6 V; E2 = 2 V ; r1 = r2 = 0,4 ;  Đèn Đ loại 6 V - 3 W; R1 = 0,2 ; R2 = 3 ;  R3 = 4 ; RB = 1  và là bình điện phân đựng dung dịch AgNO3, có cực dương bằng Ag. Tính:

 a) Cường độ dòng điện chạy trong mạch chính.

 b) Lượng Ag giải phóng ở cực âm của bình điện phân trong thời gian 2 giờ 8 phút 40 giây. Biết Ag có n = 1 và có A = 108.

 c) Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N.

Bài 11. Cho mạch điện như hình vẽ. Trong đó bộ nguồn có 8 nguồn giống nhau, mỗi nguồn có suất điện động e =      1,5 V, điện trở trong r = 0,5 , mắc thành 2 nhánh, mỗi nhánh có 4 nguồn mắc nối tiếp. Đèn Đ loại 3 V - 3 W; R1 = R2 = 3 ; R3 = 2 ;    RB = 1  và là bình điện phân đựng dung dịch CuSO4, có cực dương bằng Cu. Tính:

 a) Cường độ dòng điện chạy trong mạch chính.

 b) Tính lượng Cu giải phóng ra ở cực m trong thời gian 32 phút 10 giây. Biết Cu có nguyên tử lượng 64 và có hoá trị 2.

 c) Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N.

Bài 12: Cho mạch điện như hình: E  = 13,5V, r = 1 ; R1 = 3 ; R3 = R4 = 4.

Bình điện phân đựng dung dịch CuSO4, anốt bằng đồng, có điện trở R2 = 4.

Hãy tính :

a) Điện trở tương đương RMN của mạch ngoài, cường độ dòng điện qua nguồn, qua bình điện phân.

b) Khối lượng đồng thoát ra ở catốt sau thời gian t = 3 phút 13 giây. Cho Cu = 64, n =2.

c) Công suất của nguồn và công suất tiêu thụ ở mạch ngoài.

ĐS :a)RMN = 2;I = 4,5A;Ib = 1,5A ;b) m = 0,096g ; c) PE = 60,75W ; PN = 40,5W.

Tính tương đối chỉ áp dụng cho vật lí chứ không phải cho đạo đức.