Giáo án NLS Vật lí 11 kết nối Bài 25: Năng lượng và công suất điện

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi, nghiên cứu SGK và nhắc lại công thức tính công của lực hiện làm dịch chuyển một điện tích q giữa hai đầu đoạn mạch được đặt vào một hiệu điện thế U và công thức tính cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch đó trong thời gian t.

- GV tổ chức để HS xây dựng khái niệm năng lượng tiêu thụ điện, công thức tính năng lượng điện, công thức tính năng lượng tiêu thụ điện.

- GV chiếu hình ảnh một số thiết bị dùng điện (hình 25.1) cho HS quan sát.

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi và hoàn thành nội dung Câu hỏi (SGK – tr107)

1. Năng lượng điện tiêu thụ trong dụng cụ, thiết bị dùng điện ở Hình 25.1 chủ yếu được chuyển hóa thành dạng năng lượng nào?

2. Hãy chứng minh rằng nếu đoạn mạch chỉ có điện trở R (đoạn mạch thuần điện trở) thì nhiệt lượng đoạn mạch tỏa ra khi có dòng điện chạy qua được tính bằng công thức:

- GV nêu các đơn vị để đo năng lượng điện tiêu thụ.

- GV hướng dẫn HS hoàn thành nội dung Câu hỏi (SGK – tr107)

Hãy chứng minh rằng 1 kW.h = 3,6.10³ kJ.

- GV yêu cầu HS tìm hiểu nội dung Em có biết (SGK – tr107).

- Sau khi HS trình bày công thức, GV kết luận về nội dung năng lượng điện.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện HS trả lời, đưa ra ý kiến của bản thân.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung (nếu có).

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, nhận xét, tổng kết và chuyển sang nội dung mới.

I. NĂNG LƯỢNG ĐIỆN

- Công của lực điện trong trường hợp này: A = qU.

- Nếu t là thời gian dòng điện chạy trong mạch thì cường độ dòng điện là , công của lực điện là:

A = UIt

- Năng lượng điện tiêu thụ của đoạn mạch bằng công của lực điện thực hiện khi di chuyển các điện tích:

W = A = UIt

Đơn vị của năng lượng điện tiêu thụ là jun (J).

- Dòng điện chạy trong đoạn mạch gây ra các tác dụng khác nhau và khi đó có sự chuyển hóa năng lượng điện tiêu thụ của đoạn mạch thành các dạng năng lượng khác.

*Trả lời câu hỏi (SGK – tr107)

1. Điện năng trong động cơ của xe đạp điện chuyển hóa thành cơ năng nhiều nhất; điện năng khi sử dụng ấm siêu tốc chuyển hóa thành nhiệt năng nhiều nhất; điện năng khi sử dụng bóng đèn dây tóc chuyển hóa thành nhiệt năng và quang năng.

2. Theo định luật Joule-Lenz, nhiệt lượng tỏa ra ở một vật dẫn: Q = RI²t.

Điện năng tiêu thụ của dụng cụ tỏa nhiệt là:

A = Q <=>

*Trả lời câu hỏi (SGK – tr107)

1 kW.h = 1000 W. 3 600 s = 3600 kJ.

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chiếu bài tập ví dụ và hướng dẫn HS giải bài tập.

Bài tập ví dụ

Trên nhãn của một ấm điện có ghi 220 V – 1000 W. Sử dụng ấm điện này ở hiệu điện thế 200 V để đun sôi 2 lít nước từ nhiệt độ 20⁰C. Tính thời gian đun nước. Biết hiệu suất của ấm là 90%, nhiệt dung riêng của nước là 4190 J/kg.K, coi điện trở của ấm điện không thay đổi so với khi hoạt động ở chế độ bình thường.

- Sau khi tổ chức cho HS giải bài tập ví dụ trong SGK, GV chia lớp thành 4 nhóm và hướng dẫn HS hoàn thành nhiệm vụ

Nhóm 1,3: Hoàn thành bài tập 1.

Trên nhãn của bóng đèn 1 có ghi 220 V – 20 W và bóng đèn 2 có ghi 220 V – 10 W. Coi điện trở của mỗi bóng đèn không thay đổi.

a) Tính năng lượng điện tiêu thụ của mỗi bóng đèn khi sử dụng ở hiệu điện thế 200 trong thời gian 2 giờ.

b) Tính tổng công suất điện tiêu thụ của cả hai bóng đèn trong những trường hợp sau:

- Mắc song song hai bóng đèn vào hiệu điện thế 220 V. 

- Mắc nối tiếp hai bóng đèn vào hiệu điện thế 220 V.

c) Dùng cách mắc nào nêu trên để cả hai bóng đèn đều sáng bình thường? Tại sao?

Nhóm 2,4: Hoàn thành bài tập 2.

Thông thường, ở nước ta hiệu điện thế mạng điện trong các gia đình, trường học... là 220 V. Em hãy tìm hiểu về hiệu điện thế định mức, công suất định mức của mỗi thiết bị điện, cách mắc các thiết bị điện dùng trong lớp học của em và thời gian sử dụng trung bình của từng thiết bị mỗi tháng để làm các việc sau:

a) Vẽ lại sơ đồ mạch điện.

b) Áp dụng giá điện trong Hoá đơn GTGT (tiền điện) ở đầu của bài học để dự tính tiền điện trung bình phải trả mỗi tháng cho lớp học.

c) Hãy đề xuất phương án sử dụng tiết kiệm điện cho gia đình, lớp học.

- GV hướng dẫn HS hoàn thành bài tập và tổng kết nội dung bài tập.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, thảo luận trả lời các bài tập.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện HS trả lời.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung (nếu có).

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, nhận xét, tổng kết và chuyển sang nội dung luyện tập.

III. BÀI TẬP

1. Bài tập ví dụ

(Tham khảo lời giải trong SGK)

2. Bài tập

Bài tập 1

a) Điện trở của mỗi đèn: R₁ = 2420 Ω; R₂ = 4840 Ω

Năng lượng tiêu thụ của mỗi đèn khi sử dụng ở hiệu điện thế 200 V trong 2 h:

A₁ ≈ 1,2.10⁵ J; A₂ ≈ 0,6.10⁵ J.

b) – Khi mắc song song tổng công suất tiêu thụ: P = 30 W.

- Khi mắc nối tiếp: R_nt = R₁ + R₂ = 7260 Ω

I = I₁ = I₂ = U/R_nt = 0,03 A

Tổng công suất tiêu thụ là: P = R_ntI² = 7260.0,03² = 6,53 W

c) Dùng cách mắc hai đèn song song thì hai đèn sẽ sáng bình thường vì cùng sử dụng chung hiệu điện thế định mức 220V.

Bài tập 2

Ví dụ: Mạch điện của hai bóng đèn mắc nối tiếp

Công suất định mức và hiệu điện thế định mức của bóng đèn là 100W - 220V

a) Sơ đồ mạch điện của hai bóng đèn có hai cách mắc là mắc nối tiếp.

Mỗi ngày bóng đèn thắp sáng 6h 

b) Điện trở của bóng đèn là: R_D = 484 Ω

Điện trở tương đương của mạch là: R_td = 968 Ω

Công suất tiêu thụ của mạch: P = 50 W

Lượng điện tiêu thụ trong 1 tháng là: A=P.t=50.6.30=9000 Wh= 9 kWh

Số tiền phải trả là: 9.1549=13932 (đồng)

c) Phương án tiết kiệm điện cho gia đình, lớp học

- Tắt các thiết bị khi không sử dụng

- Vệ sinh, bảo dưỡng các thiết bị điện định kì

- Sử dụng các thiết bị đúng mục đích sử dụng, công năng sử dụng

- Chọn các thiết bị chính hãng, tiết kiệm điện