Bài 4.1 - 4.10 SBT Vật lý 11 - Cánh diều: Số electron dẫn trong 1 m3 ở dây dẫn điện kim loại vào cỡ A. 1010. B. 1016. C. 1022. D. 1028...

4.1. Số electron dẫn trong 1 m³ ở dây dẫn điện kim loại vào cỡ

A. 10¹⁰.

B. 10¹⁶.

C. 10²².

D. 10²⁸.

Phương pháp giải :

Vận dụng kiến thức đã học về mật độ electron dẫn ở dây dẫn điện: \(n = {n_{ht}}.\frac{{{N_A}.D}}{M}\)

Lời giải chi tiết:

Chọn loại kim loại thường dùng cho dây dẫn điện là đồng (Cu)

Mật độ electron dẫn trong 1 m³ ở dây dẫn điện bằng đồng là:

\(n = {n_{ht}}.\frac{{{N_A}.D}}{M} = 2.\frac{{6,{{023.10}^{23}}.8960}}{{{{64.10}^{ - 3}}}} = 1,{7.10^{29}}{\rm{ e/}}{{\rm{m}}^3}\)

Như vậy, số electron dẫn trong 1 m³ ở dây dẫn điện kim loại gần với đáp án 10²⁸ nhất.

Đáp án: D. 10²⁸.

4.2. Tốc độ dịch chuyển có hướng của các electron trong một dây dẫn kim loại mang dòng điện vào cỡ

A. 1 cm/s.

B. 10 cm/s.

C. 10⁴ m/s.

D. 10⁸ m/s.

Phương pháp giải :

Vận dụng kiến thức đã học về cường độ dòng điện trong dây dẫn: I = Snve

Lời giải chi tiết:

Dây dẫn bình thường có cỡ mm nên tiết diện S của dây điện có cỡ mm².

Cường độ dòng điện I bình thường cỡ khoảng 10 A.

Một điện tích q có độ lớn cỡ 10^-19 C.

Tốc độ dịch chuyển có hướng của các electron trong một dây dẫn này vào khoảng:

\(v = \frac{I}{{QnS}} = \frac{{10}}{{{{10}^{ - 19}}{{.10}^{28}}.{{\left( {{{10}^{ - 3}}} \right)}^2}}} = 0,01{\rm{ m/s = }}1{\rm{ cm/s}}\)

Đáp án: A. 1 cm/s.

4.3. Xét các điện tích dương và âm đều dịch chuyển có hướng và theo phương ngang với cùng tốc độ ở bốn vùng dẫn điện khác nhau (Hình 4.2). Gọi I₁ là cường độ dòng điện do các điện tích dịch chuyển tạo ra trong vùng đầu tiên bên trái, I₂, I₃, I₄ là cường độ dòng điện tương ứng trong các vùng tiếp theo (tính từ trái sang phải). Độ lớn của các cường độ dòng điện này từ lớn nhất đến nhỏ nhất được xếp theo thứ tự nào sau đây?

A. I₂, I₁, I₃, I₄.

B. I₁, I₃, I₂, I₄.

C. I₃, I₁, I₄, I₂.

D. I₄, I₂, I₃, I₁.

Phương pháp giải :

Vận dụng kiến thức đã học về cường độ dòng điện trong dây dẫn: I = Snve

Lời giải chi tiết:

Đặt: \(i = veS\)

\( \Rightarrow I = venS = i{n_e}\)

\(\begin{array}{l}{I_1} = in = \left( { + 2 + 3} \right)i = 5i\\{I_2} = in = \left( { - 3} \right)i = - 3i\\{I_3} = in = \left( { + 2 + 2} \right)i = 4i\\{I_4} = in = \left( { - 2} \right)i = - 2i\end{array}\)

Xét về độ lớn, cường độ dòng điện trong các vùng được xếp theo thứ tự: \({I_1} > {I_3} > {I_2} > {I_4}\)

Đáp án: B. I₁, I₃, I₂, I₄.

4.4. Giả sử một dây dẫn điện bằng đồng có tiết diện nhỏ dần dọc theo dây từ đầu này sang đầu kia của dây. Trong dây có dòng điện với cường độ I chạy qua. Tốc độ dịch chuyển có hướng của electron thay đổi như thế nào dọc theo dây?

A. Giảm dần khi tiết diện dây nhỏ dần.

B. Tăng dần khi tiết diện dây nhỏ dần.

C. Không thay đổi.

D. Không đủ thông tin để trả lời.

Phương pháp giải :

Vận dụng kiến thức đã học về cường độ dòng điện trong dây dẫn: I = Snve

Lời giải chi tiết:

Đáp án: B. Tăng dần khi tiết diện dây nhỏ dần.

4.5. Tính cường độ dòng điện qua dây dẫn điện nếu 2,85.10²⁰ electron đi qua tiết diện thẳng của dây dẫn điện trong 1,0 phút.

Phương pháp giải :

Áp dụng kiến thức về cường độ dòng điện: \(I = \frac{{\Delta q}}{{\Delta t}}\)

Lời giải chi tiết:

Cường độ dòng điện qua dây dẫn điện là:

\(I = \frac{{\Delta q}}{{\Delta t}} = \frac{{2,{{85.10}^{20}}.1,{{6.10}^{ - 19}}}}{{60}} = 0,76{\rm{ A}}\)

4.6. Cường độ dòng điện 0,60 A chạy qua sợi đốt của một bóng đèn. Nếu để bóng đèn sáng trong 8,0 phút thì có bao nhiêu electron di chuyển qua bóng đèn? Biết điện tích của electron là e = –1,6.10^-19 C.

Phương pháp giải :

Vận dụng kiến thức đã học về cường độ dòng điện: \(I = \frac{{\Delta q}}{{\Delta t}}\)

Lời giải chi tiết:

Số electron đi qua bóng đèn trong 8 phút là:

\(n = \frac{{\Delta q}}{e} = \frac{{I\Delta t}}{e} = \frac{{0,6.8.60}}{{1,{{6.10}^{ - 19}}}} = 1,{8.10^{21}}{\rm{ e}}\)

4.7. Tính cường độ dòng điện chạy trong dây đồng có tiết diện 7,5.10^–7 m² để tốc độ dịch chuyển có hướng của electron dẫn là 5,00.10^-4 m/s.

Phương pháp giải :

Vận dụng kiến thức đã học về cường độ dòng điện:

- Cường độ dòng điện trong dây dẫn: I = Snve

- Mật độ electron dẫn ở dây dẫn điện: \(n = {n_{ht}}.\frac{{{N_A}.D}}{M}\)

Lời giải chi tiết:

Mật độ electron dẫn trong 1 m³ dây đồng là:

\(\begin{array}{l}n = {n_{ht}}.\frac{{{N_A}.D}}{M} = 2.\frac{{6,{{023.10}^{23}}.8960}}{{{{64.10}^{ - 3}}}} = 1,{7.10^{29}}{\rm{ e/}}{{\rm{m}}^2}\\\end{array}\)

Cường độ dòng điện của dây đồng là:

\(I = venS = {5.10^{ - 4}}.1,{6.10^{ - 19}}.1,{7.10^{29}}.7,{5.10^{-7}} = 10,2{\rm{ A}}\)

4.8. Trong một dây dẫn điện có dòng điện với cường độ 80,0 mA. a) Có bao nhiêu electron chạy qua tiết diện thẳng của dây trong 10,0 phút? b) Các electron chuyển động theo chiều nào đối với dòng điện?

Phương pháp giải :

Vận dụng kiến thức đã học về electron đi qua tiết diện thẳng của dây:

- Số hạt electron đi qua tiết diện thẳng của dây: \(n = \frac{{\Delta q}}{e}\)

- Các electron, ion âm, hạt mang điện âm chuyển động ngược chiều dòng điện; Các ion dương, hạt mang điện dương chuyển động cùng chiều dòng điện.

Lời giải chi tiết:

a) Số electron đi qua dây trong 10 phút là:

\({n_e} = \frac{{\Delta q}}{e} = \frac{{I\Delta t}}{e} = \frac{{{{80.10}^{ - 3}}.10.60}}{{1,{{6.10}^{ - 19}}}} = {3.10^{20}}{\rm{ e}}\)

b) Các electron chuyển động ngược chiều dòng điện.

4.9. Trong mô hình nguyên tử hyđro của Bohr, một electron ở mức năng lượng thấp nhất chuyển động với tốc độ bằng 2,19.10⁶ m/s theo một quỹ đạo tròn có bán kính 5,29.10^–11 m. Tính cường độ dòng điện tương ứng với chuyển động này của electron.

Phương pháp giải :

Vận dụng kiến thức đã học về chuyển động tròn đều và cường độ dòng điện:

- Chuyển động tròn, chu kì \(T = \frac{{2\pi r}}{v}\)

- Cường độ dòng điện: \(I = \frac{{\Delta q}}{{\Delta t}}\)

Lời giải chi tiết:

Electron chuyển động theo quỹ đạo tròn với chu kì \(T = \frac{{2\pi r}}{v}\)

Cường độ dòng điện tương ứng với chuyển động này là: \(I = \frac{{\Delta q}}{{\Delta t}} = \frac{{\left| e \right|}}{T} = \frac{{\left| e \right|.v}}{{2\pi r}} = \frac{{1,{{6.10}^{ - 19}}.2,{{19.10}^6}}}{{2\pi .5,{{29.10}^{-11}}}} = 1,{05.10^{ - 3}}{\rm{ A}} = 1,05{\rm{ mA}}\)

4.10. Tính cường độ dòng điện khi một điện tích 240 C chạy qua một tiết diện thẳng của dây dẫn trong thời gian 2 phút.

Phương pháp giải :

Vận dụng kiến thức đã học về cường độ dòng điện: \(I = \frac{{\Delta q}}{{\Delta t}}\)

Lời giải chi tiết:

Cường độ dòng điện qua dây dẫn là:

\(I = \frac{{\Delta q}}{{\Delta t}} = \frac{{240}}{{2.60}} = 2{\rm{ A}}\)