Bài học

Ôn tập công suất điện và điện năng tiêu thụ

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em vận dụng linh hoạt các công thức $P = UI = I^2R = U^2/R$ và $A = Pt$ trong một bài toán tổng hợp có mạch điện nối tiếp — song song, đúng phong cách các câu hỏi vận dụng trong đề thi tuyển sinh lớp 10.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài ôn tập này không dạy kiến thức mới. Nó ghép ba mảng đã học: công thức công suất (Chương 1), công thức điện năng tiêu thụ (Chương 2), và quy tắc mạch nối tiếp — song song (Course 6) thành một bài toán liền mạch, đúng như cách đề thi thường kết hợp nhiều kiến thức trong một câu hỏi. Nếu em còn lúng túng với quy tắc nối tiếp/song song (đại lượng nào giống nhau, đại lượng nào chia theo tỉ lệ nào), nên xem lại Course 6 trước khi làm hai ví dụ dưới đây, vì bài này giả định em đã nắm chắc phần đó.

Khởi động

Đề thi hiếm khi hỏi riêng lẻ từng công thức. Thường một câu hỏi sẽ cho một tình huống thực tế (nồi cơm điện, hai điện trở mắc trong mạch...) rồi yêu cầu tính nhiều đại lượng liên tiếp. Em đã sẵn sàng gộp các công thức lại chưa?

Kiến thức trọng tâm

Bảng công thức dưới đây tóm tắt toàn bộ những gì em cần cho dạng bài này: $P = UI = I^2R = U^2/R$ (ba cách viết tương đương của công suất, chọn theo dữ kiện đề cho); $A = Pt = UIt$ (điện năng tiêu thụ, đơn vị J hoặc kWh với $1\,kWh = 3{,}6 \times 10^6\,J$ ); mạch nối tiếp có $I$ chung, $U$ chia theo tỉ lệ $R$ ; mạch song song có $U$ chung, $I$ chia theo tỉ lệ nghịch với $R$ . Nắm chắc bốn dòng này, em có thể giải được hầu hết các câu hỏi vận dụng về công suất và điện năng tiêu thụ trong đề thi, kể cả khi đề thay đổi ngữ cảnh (đèn, quạt, bếp điện, mạch điện trở thuần tuý...) vì bản chất công thức không đổi, chỉ có số liệu và cách diễn đạt là khác nhau. Một mẹo nhỏ khi làm bài thi: nếu đề cho cả $U$ lẫn $I$ , hãy tính $P = UI$ trước tiên rồi mới xét đến $R$ nếu cần — cách này thường nhanh hơn việc tìm $R$ trước qua định luật Ohm rồi mới suy ra $P$ .

Khi giải một bài toán tổng hợp, cách làm hiệu quả nhất là đi theo trình tự: xác định rõ mạch điện đang xét là loại gì (một thiết bị đơn lẻ, hay mạch nhiều điện trở nối tiếp/song song); với mạch nhiều điện trở, xác định đại lượng nào GIỐNG NHAU ở các nhánh ($I$ chung nếu nối tiếp, $U$ chung nếu song song); tính công suất từng phần bằng công thức phù hợp với dữ kiện đã có; cộng lại thành công suất toàn mạch nếu cần; rồi mới áp dụng $A = Pt$ để ra điện năng tiêu thụ trong thời gian yêu cầu. Luôn kiểm tra kết quả bằng một cách tính khác (ví dụ tính $P$ toàn mạch qua $U \cdot I_{toàn\,mạch}$ để đối chiếu với tổng $P_1 + P_2$) — đây chính là phần "kiểm tra và kết luận" không thể thiếu trong một bài trình bày đạt điểm tối đa. Bảng công thức dưới đây tóm tắt toàn bộ những gì em cần cho dạng bài này: $P = UI = I^2R = U^2/R$ (ba cách viết tương đương của công suất, chọn theo dữ kiện đề cho); $A = Pt = UIt$ (điện năng tiêu thụ, đơn vị J hoặc kWh với $1\,kWh = 3{,}6 \times 10^6\,J$); mạch nối tiếp có $I$ chung, $U$ chia theo tỉ lệ $R$; mạch song song có $U$ chung, $I$ chia theo tỉ lệ nghịch với $R$. Nắm chắc bốn dòng này, em có thể giải được hầu hết các câu hỏi vận dụng về công suất và điện năng tiêu thụ trong đề thi, kể cả khi đề thay đổi ngữ cảnh (đèn, quạt, bếp điện, mạch điện trở thuần tuý...) vì bản chất công thức không đổi, chỉ có số liệu và cách diễn đạt là khác nhau. Một mẹo nhỏ khi làm bài thi: nếu đề cho cả $U$ lẫn $I$, hãy tính $P = UI$ trước tiên rồi mới xét đến $R$ nếu cần — cách này thường nhanh hơn việc tìm $R$ trước qua định luật Ohm rồi mới suy ra $P$.

Ôn tập: trong mạch song song, điện trở nhỏ hơn (10Ω) tiêu thụ công suất lớn hơn — tổng bằng công suất toàn mạch

Ví dụ

Ôn tập: từ công suất định mức đến dòng điện định mức

1
Nồi cơm điện ghi "220V – 800W" hoạt động đúng định mức. Tính cường độ dòng điện định mức.
2
$P = UI \Rightarrow I = P/U$ .
$P = UI \Rightarrow I = P/U$.
3
$I = \dfrac{800}{220} \approx 3{,}64\,A$ .
$I = \dfrac{800}{220} \approx 3{,}64\,A$.
4
Vậy cường độ dòng điện định mức của nồi cơm điện là $I \approx 3{,}64\,A$ .
Vậy cường độ dòng điện định mức của nồi cơm điện là $I \approx 3{,}64\,A$.

Ví dụ

Ôn tập tổng hợp: công suất và điện năng tiêu thụ của mạch song song

1
Hai điện trở $R_1 = 15\,\Omega$ và $R_2 = 10\,\Omega$ mắc song song vào hiệu điện thế $U = 30\,V$ . Tính công suất tiêu thụ trên mỗi điện trở, công suất toàn mạch, và điện năng tiêu thụ của toàn mạch khi hoạt động liên tục trong $2$ giờ.
Hai điện trở $R_1 = 15\,\Omega$ và $R_2 = 10\,\Omega$ mắc song song vào hiệu điện thế $U = 30\,V$. Tính công suất tiêu thụ trên mỗi điện trở, công suất toàn mạch, và điện năng tiêu thụ của toàn mạch khi hoạt động liên tục trong $2$ giờ.
2
Mắc song song nên hiệu điện thế $U = 30\,V$ như nhau ở cả hai điện trở.
Mắc song song nên hiệu điện thế $U = 30\,V$ như nhau ở cả hai điện trở.
3
$P_1 = U^2/R_1 = 30^2/15 = 900/15 = 60\,W$ ; $P_2 = U^2/R_2 = 900/10 = 90\,W$ .
$P_1 = U^2/R_1 = 30^2/15 = 900/15 = 60\,W$; $P_2 = U^2/R_2 = 900/10 = 90\,W$.
4
$P = P_1 + P_2 = 60 + 90 = 150\,W$ .
$P = P_1 + P_2 = 60 + 90 = 150\,W$.
5
$R_{tđ} = \dfrac{R_1 R_2}{R_1 + R_2} = \dfrac{15 \times 10}{25} = 6\,\Omega$ ; $I = U/R_{tđ} = 30/6 = 5\,A$ ; $P = UI = 30 \times 5 = 150\,W$ — khớp với kết quả trên.
$R_{tđ} = \dfrac{R_1 R_2}{R_1 + R_2} = \dfrac{15 \times 10}{25} = 6\,\Omega$; $I = U/R_{tđ} = 30/6 = 5\,A$; $P = UI = 30 \times 5 = 150\,W$ — khớp với kết quả trên.
6
$A = Pt = 150 \times 2 = 300\,Wh = 0{,}3\,kWh$ .
$A = Pt = 150 \times 2 = 300\,Wh = 0{,}3\,kWh$.
7
Vậy $P_1 = 60\,W$ , $P_2 = 90\,W$ , $P_{toàn\,mạch} = 150\,W$ , và $A = 0{,}3\,kWh$ sau 2 giờ hoạt động.
Vậy $P_1 = 60\,W$, $P_2 = 90\,W$, $P_{toàn\,mạch} = 150\,W$, và $A = 0{,}3\,kWh$ sau 2 giờ hoạt động.

Sai lầm thường gặp

Khi làm bài tổng hợp, học sinh hay bỏ sót bước xác định loại mạch (nối tiếp hay song song) trước khi chọn công thức tính $P$ từng điện trở, dẫn đến áp dụng nhầm $P = I^2R$ (đúng cho nối tiếp) vào một mạch song song, hoặc ngược lại. Luôn xác định $I$ hay $U$ là đại lượng chung TRƯỚC khi tính.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Khi giải bài tổng hợp: xác định loại mạch trước, chọn đúng công thức $P$ theo đại lượng chung, tính từng phần rồi cộng lại, cuối cùng mới áp $A = Pt$ . Luôn kiểm tra chéo bằng một cách tính khác.

Khi giải bài tổng hợp: xác định loại mạch trước, chọn đúng công thức $P$ theo đại lượng chung, tính từng phần rồi cộng lại, cuối cùng mới áp $A = Pt$. Luôn kiểm tra chéo bằng một cách tính khác.

Bài cuối cùng của khoá học đưa mọi công thức đã học vào một bài toán tổng hợp đầy đủ nhất — công suất, điện năng tiêu thụ, định luật Jun – Len-xơ và tính tiền điện — đúng cấu trúc nhiều phần của đề thi tuyển sinh lớp 10.