Bài 16 Dòng điện. Cường độ dòng điện trang 60 SBT Vật lí 11 Chân trời sáng tạo

Giải Bài 16 Dòng điện. Cường độ dòng điện trang 60 SBT Vật lí 11 Chân trời sáng tạo có đáp án chi tiết cho từng bài tập trong sách bài tập Vật lí lớp 11 Chân trời sáng tạo. Mời các em học sinh cùng quý phụ huynh tham khảo.

Trắc nghiệm

Bài 16.1 trang 60 SBT Vật lí 11

Đề bài:

Chiều dòng điện được quy ước là chiều dịch chuyển có hướng của

A. electron.

B. neutron.

C. điện tích âm.

D. điện tích dương.

Lời giải

Chiều dòng điện được quy ước là chiều dịch chuyển có hướng của điện tích dương.

Đáp án D

Bài 16.2 trang 60 SBT Vật lí 11

Đề bài:

Xét dòng điện có cường độ 2 A chạy trong một dây dẫn. Điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong 5 s có độ lớn

A. 0,4 C.

B. 2,5 C.

C. 10 C.

D. 7,0 C.

Hướng dẫn giải

Vận dụng công thức tính điện lượng q

Lời giải

Điện lượng cần tìm q=It=2.5=10C

Đáp án C

Bài 16.3 trang 60 SBT Vật lí 11

Đề bài:

Quả cầu kim loại A tích điện dương, quả cầu kim loại B tích điện âm. Nối hai quả cầu bằng một dây đồng thì sẽ có

A. dòng electron chuyển từ B qua A.

B. dòng electron chuyễn từ A qua B.

C. dòng proton chuyển từ B qua A.

D. dòng proton chuyển từ A qua B.

Lời giải

Quả cầu kim loại A tích điện dương, quả cầu kim loại B tích điện âm. Nối hai quả cầu bằng một dây đồng thì sẽ có dòng electron chuyển từ B qua A (do B đang thừa electron).

Đáp án A

Bài 16.4 trang 60 SBT Vật lí 11

Đề bài:

Một proton và một electron đang bay theo phương ngang, cùng vận tốc dọc theo hướng từ tây sang đông tương ứng với hai dòng điện

A. cùng chiều từ tây sang đông.

B. ngược chiều và khác độ lớn dòng điện.

C. cùng chiều từ đông sang tây.

D. ngược chiều và cùng độ lớn dòng điện.

Lời giải

Một proton và một electron đang bay theo phương ngang, cùng vận tốc dọc theo hướng từ tây sang đông tương ứng với hai dòng điện ngược chiều (do dòng điện thứ 2 có chiều từ đông sang tây, ngược chiều dòng electron) và cùng độ lớn dòng điện.

Đáp án D

Bài 16.5 trang 60 SBT Vật lí 11

Đề bài:

Một đoạn dây kim loại đồng chất có đường kính tiết diện giảm dần theo chiều dài l của dây nằm dọc theo hướng trục Ox như Hình 16.1 .

Đặt vào hai đầu đoạn dây một hiệu điện thế không đổi. Đồ thị nào sau đây mô tả phù hợp nhất sự phụ thuộc của tốc độ trôi v của electron theo khoảng cách x từ 0 đến l ?

A. 

B. 

C. 

D. 

Hướng dẫn giải

Vận dụng lí thuyết về tốc độ trôi

Lời giải

Tiết diện càng nhỏ thì tốc độ trôi càng lớn.

Đáp án D

Tự luận

Bài 16.1 trang 61 SBT Vật lí 11

Đề bài:

Dòng điện không đổi chạy trong một dây dẫn, cứ mỗi giây có 1,6 C chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn. Tính cường độ dòng điện.

Hướng dẫn giải

Áp dụng công thức tính cường độ dòng điện

Lời giải

Cường độ dòng điện là:\(I = \frac{{{\rm{\Delta }}q}}{{{\rm{\Delta }}t}} = \frac{{1,6}}{1} = 1,6{\rm{\;A}}\)

Bài 16.2 trang 61 SBT Vật lí 11

Đề bài:

Dòng điện không đồi có cường độ 1,5 A chạy trong dây dẫn kim loại.

a) Tính điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng của dây trong 1 s.

b) Tính số electron chuyển qua tiết diện thẳng của dây trong 1 s.

Hướng dẫn giải

Vận dụng công thức tính điện lượng và số hạt

Lời giải

a) Điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng của dây trong: \({\rm{\Delta }}q = I{\rm{\Delta }}t = 1,5.1 = 1,5{\rm{C}}\)

b) Số electron chuyển qua tiết diện thẳng của dây trong: \(N = \frac{{{\rm{\Delta }}q}}{e} = \frac{{1,5}}{{1,{{6.10}^{ – 19}}}} = 9,{375.10^{18}}{\rm{\;electron\;}}\)

Bài 16.3 trang 61 SBT Vật lí 11

Đề bài:

Dòng điện không đổi có cường độ 2,8 A chạy trong một dây dẫn kim loại có diện tích tiết diện thẳng 3,2.10^-6 m². Biết mật độ electron trong dây dẫn là 8,5.10²⁸ electron/m³. Tính vận tốc trôi của electron.

Hướng dẫn giải

Vận dụng công thức tính vận tốc trôi

Lời giải

Vận tốc trôi của electron: \(v = \frac{I}{{{\rm{\;Sne\;}}}} = \frac{{2,8}}{{3,{{2.10}^{ – 6}}.8,{{5.10}^{28}}.1,{{6.10}^{ – 19}}}} \approx 0,{064.10^{ – 3}}{\rm{\;m}}/{\rm{s}}\)

Bài 16.4 trang 61 SBT Vật lí 11

Đề bài:

Hai dây dẫn (1) và (2) được làm từ cùng một loại vật liệu kim loại, có cùng một cường độ dòng điện chạy qua nhưng bán kính dây (1) lớn gấp 3 lần bán kính dây (2). Tính tỉ số tốc độ trôi của electron dẫn trong hai dây dẫn đang xét.

Hướng dẫn giải

Vận dụng công thức tính vận tốc trôi

Lời giải

Tỉ số tốc độ trôi của electron dẫn trong hai dây dẫn đang xét: \(I = {S_1}ne{v_1} = {S_2}ne{v_2} \Rightarrow \frac{{{v_1}}}{{{v_2}}} = \frac{{{S_2}}}{{{S_1}}} = \frac{{\pi r_2^2}}{{\pi r_1^2}} = \frac{{r_2^2}}{{r_1^2}} = \frac{{r_2^2}}{{{{\left( {3{r_2}} \right)}^2}}} = \frac{1}{9}\)

Bài 16.5 trang 62 SBT Vật lí 11

Đề bài:

Hai dòng điện không đổi (1) và (2) có đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ dòng điện theo thời gian như Hình 16.2.

a) Hãy tính điện lượng do dòng điện (1) đi qua tiết diện thẳng của dây trong khoảng thời gian từ t₁=2 s đến t₂=4 s

b) Hãy tính điện lượng do dòng điện (2) đi qua tiết diện thẳng của dây trong khoảng thời gian từ t₃=3 s đến t₄=6 s.

Hướng dẫn giải

Vận dụng công thức tính điện lượng

Lời giải

a) Điện lượng do dòng điện (1) đi qua tiết diện thẳng của dây trong khoảng thời gian từ \({t_1} = 2s\)đến \({t_2} = 4s\): \({\rm{\Delta }}{q_1} = {I_1}\left( {{t_2} – {t_1}} \right) = 5.\left( {4 – 2} \right) = 10{\rm{C}}\)

b) Điện lượng do dòng điện (2) đi qua tiết diện thẳng của dây trong khoảng thời gian từ \({t_1} = 3{\rm{s}}\) đến \({t_2} = 6s\):\({\rm{\Delta }}{q_2} = {I_2}\left( {{t_4} – {t_3}} \right) = 3.\left( {6 – 3} \right) = 9{\rm{C}}\)

Bài 16.6 trang 62 SBT Vật lí 11

Đề bài:

Một lượng kim loại được nấu nóng chảy và kéo thành một đoạn dây dẫn. Cho dòng điện I chạy qua đoạn dây đó thì thời gian trung bình một electron đi từ đầu đến cuối đoạn dây là 4 giờ 30 phút. Nếu đoạn dây đó được nấu nóng chảy rồi kéo thành đoạn dây có chiều dài gấp đôi chiều dài ban đầu, sau đó vẫn cho dòng điện I như trên chạy qua thì thời gian trung bình một electron đi từ đầu đến cuối đoạn dây bằng bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

Áp dụng công thức tính vận tốc trôi

Lời giải

Áp dụng: \(I = {S_1}ne{v_1} = {S_2}ne{v_2} \Rightarrow {S_1}{v_1} = {S_2}{v_2} \Rightarrow {S_1}\frac{{{\ell _1}}}{{{t_1}}} = {S_2}\frac{{{\ell _2}}}{{{t_2}}}\)

Vì cùng một lượng kim loại nên: \({S_1}{\ell _1} = {S_2}{\ell _2} \Rightarrow {t_1} = {t_2} = 4,5h\)

Vậy thời gian trung bình một electron đi từ đầu đến cuối đoạn dây vẫn không đổi và bằng 4 giờ 30 phút.

Bài 16.7 trang 62 SBT Vật lí 11

Đề bài:

Coi Trái Đất là một quả cầu bán kính 6400 km. Giả sử có một lượng điện tích tương ứng với dòng điện 1,0 A chuyển qua một tiết diện thẳng của vật dẫn trong 1 giờ được phân bố đều trên bề mặt thì mật độ điện tích trên bề mặt Trái Đất bằng bao nhiêu C/m²?

Hướng dẫn giải

Vận dụng công thức tính mật độ điện tích

Lời giải

Điện lượng: q=It=1,0.3600=3600C

Diện tích bề mặt Trái Đất: S=4πr²=4π(6400000)²=5,147.10¹⁴ m²

Mật độ điện tích trên bề mặt Trái Đất mặt: \(\sigma  = \frac{q}{S} = \frac{{3600}}{{5,{{147.10}^{14}}}} \approx {7.10^{ – 12}}{\rm{C}}/{{\rm{m}}^2}\)

Bài 16.8 trang 62 SBT Vật lí 11

Đề bài:

Nhôm là loại vật liệu có khối lượng riêng 2,7 tấn/m³ và khối lượng mol nguyên tử là 27 g/mol. Biết rằng mỗi nguyên tử nhôm có tương ứng 3 electron tự do. Một dây dẫn bằng nhôm có đường kính tiết diện 3,0 mm mang dòng điện 15 A. Tính tốc độ trôi của electron trong dây dẫn bằng nhôm này.

Hướng dẫn giải

Vận dụng công thức tính vận tốc trôi

Lời giải

Mật độ nguyên tử nhôm, với D là khối lượng riêng, A là số khối:\(n = 3\frac{N}{V} = 3\frac{m}{A} \cdot \frac{{{N_{\rm{A}}}}}{V} = 3\frac{{D{N_{\rm{A}}}}}{A}\)

Thay vào:

\(\begin{array}{l}v = \frac{I}{{{\rm{\;Sne\;}}}} = \frac{{4IA}}{{3\pi {d^2}e{N_{\rm{A}}}D}}\\\; = \frac{{{{4.15.27.10}^{ – 3}}}}{{3\pi {{\left( {3,{{0.10}^{ – 3}}} \right)}^2}.1,{{6.10}^{ – 19}}.6,{{022.10}^{23}}.2700}} = 0,{073.10^{ – 3}}{\rm{\;m/s}} = 0,073{\rm{\;mm/s}}\end{array}\)