Bài 7. Định luật Ohm. Điện trở trang 40, 41, 42 Khoa học tự nhiên 9 Cánh diều: Vì sao có thể điều chỉnh được độ sáng của chiếc đèn pin trong hình 7.1 bằng cách vặn núm xoay?...

Câu hỏi:

Vì sao có thể điều chỉnh được độ sáng của chiếc đèn pin trong hình 7.1 bằng cách vặn núm xoay?

Hình 7.1. Đèn pin

Hướng dẫn giải :

là một biến trở được sử dụng trong các thiết bị điện gia đình. Khi xoay trục điều khiển sẽ thay đổi được chiều dài của đoạn dây dẫn có dòng điện chạy qua, nhờ đó thay đổi được điện trở của biến trở.

Lời giải chi tiết :

Khi vặn núm xoay, tức là đang điều chỉnh giá trị của điện trở R, khi R thay đổi thì I cũng thay đổi (tỉ lệ nghịch – Định luật Ohm), vì thế có thể điều chỉnh được độ sáng của chiếc đèn pin trong hình 7.1 bằng cách vặn núm xoay.

Câu hỏi:

Dựa vào độ sáng của đèn, em hãy:

a) So sánh cường độ dòng điện trong mạch khi dùng R₁ và khi dùng R₂

b) Chứng tỏ các đoạn dây dẫn khác nhau có tác dụng cản trở dòng điện khác nhau.

Hướng dẫn giải :

Học sinh tiến hành làm thí nghiệm với các điện trở có giá trị khác nhau điện trở R₁ = 3 Ω và điện trở R₂ = 6 Ω và có thể mắc thêm 1 Ampe kế, từ đó đọc giá trị của cường độ dòng điện trong mạch thông qua ampe kế. Từ đó, học sinh so sánh được I của mạch khi dùng R₁ và khi dùng R_2.

Học sinh sử dụng 2 dây dẫn có chất liệu khác nhau (đồng, nhôm) để so sánh cường độ dòng điện của mạch, từ đó rút ra được tác dụng cản trở của dây dẫn khác nhau là khác nhau.

Lời giải chi tiết :

a)

Dụng cụ: Điện trở R₁ = 3 Ω và điện trở R₂ = 6 Ω

Đóng khóa K, quan sát cường độ dòng điện trong mạch khi dùng R₁ = 3 Ω lớn hơn khi dùng R₂ = 6 Ω.

b)

Dụng cụ: dây đồng, dây nhôm

Đóng khóa K, quan sát cường độ dòng điện trong mạch khi dùng dây đồng lớn hơn khi dùng dây nhôm, hay tác dụng cản trở của dây dẫn đồng nhở hơn tác dụng cản trở của dây dẫn bằng nhôm.

Câu hỏi:

• So sánh độ sáng của đèn khi dùng R₁, và khi dùng R₂.

Hướng dẫn giải :

Học sinh tiến hành làm thí nghiệm với các điện trở có giá trị khác nhau điện trở R₁ = 3 Ω và điện trở R₂ = 6 Ω và có thể mắc thêm 1 Ampe kế, từ đó đọc giá trị của cường độ dòng điện trong mạch thông qua ampe kế. Từ đó, học sinh so sánh được I của mạch và rút ra được độ sáng của đèn khi dùng R₁ và khi dùng R₂.

Nếu không sử dụng Ampe kế, học sinh có thể quan sát bằng mắt thường (chú ý, cần tạo môi trường tối để quan sát dễ dàng độ dáng của đèn hơn).

Lời giải chi tiết :

Dụng cụ: Điện trở R₁ = 3 Ω và điện trở R₂ = 6 Ω

Đóng khóa K, quan sát độ sáng của đèn khi dùng R₁ = 3 Ω lớn hơn khi dùng R₂ = 6 Ω.

Câu hỏi:

a) Tác dụng cản trở dòng điện của hai đoạn dây dẫn R₁ và R₂, có khác nhau như trong thí nghiệm 1 hay không?

b) Rút ra nhận xét về mối liên hệ giữa cường độ dòng điện trong đoạn dây dẫn với hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn dây dẫn đó và mô tả mối liên hệ đó bằng biểu thức toán học.

c) Dự đoán độ lớn của cường độ dòng điện qua R₁ và qua R₂, khi hiệu điện thế là 2,2 V. Tiến hành thí nghiệm để kiểm tra kết quả đó.

Hướng dẫn giải :

Học sinh tiến hành thí nghiệm, quan sát và xử lý số liệu, từ đó trả lời các câu hỏi được nêu.

Lời giải chi tiết :

a)

Dụng cụ: Điện trở R₂ = 3 Ω và điện trở R₁ = 6 Ω

Đóng khóa K, quan sát cường độ dòng điện trong mạch khi dùng R₂ = 3 Ω lớn hơn khi dùng R₁ = 6 Ω.

=> Tác dụng cản trở dòng điện của hai đoạn dây dẫn R₁ và R₂, có khác nhau như trong thí nghiệm 1.

b)

Như vậy, khi hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn dây dẫn như nhau thì cường độ dòng điện qua đoạn dây dẫn R₂, luôn lớn gấp 2 lần cường độ dòng điện qua đoạn dây dẫn R₁. Điều đó chứng tỏ tác dụng cản trở dòng điện của R₁ lớn gấp 2 lần tác dụng cản trở dòng điện của R₂.

Mặt khác, tỉ số U/I gấp hai lần tỉ số của mỗi đoạn dây dẫn luôn có một của R. Do đó, có thể lấy tỉ lấy tỉ số U/I giá trị xác định.

\(\frac{U}{I} = \,const\, = \,R\)

c)

Dự đoán độ lớn của dòng điện đi qua R₁: \({I_1} = \,\frac{U}{{{R_1}}}\, = \,\frac{{2,2}}{6}\, \approx 0,367\,A\)

Dự đoán độ lớn của dòng điện đi qua R₂: \({I_2} = \,\frac{U}{{{R_2}}}\, = \,\frac{{2,2}}{3}\, \approx 0,733\,A\)

Sau đó, tiến hành điều chỉnh U = 2,2 V trên mạch điện và đọc giá trị của cường độ dòng diện trong mạch thông qua ampe kế với giá trị lần lượt tương ứng của R₁ và R₂

Câu hỏi:

Bảng 7.1. Kết quả thí nghiệm tìm hiểu mối liên hệ giữa cường độ dòng điện và hiệu điện thế hai đầu đoạn dây dẫn

• Với mỗi giá trị của hiệu điện thế, so sánh cường độ dòng điện qua R₁ và cường độ dòng điện qua R₂.

• Tính tỉ số U/I của mỗi đoạn dây dẫn và rút ra nhận xét.

Hướng dẫn giải :

Sử dụng kết quả của bảng số liệu và vận dụng kĩ năng tính toán để xử lý số liệu, từ đó trả lời các câu hỏi được nêu.

Lời giải chi tiết :

Với mỗi giá trị của hiệu điện thế, so sánh cường độ dòng điện qua R₁ và cường độ dòng điện qua R₂.

I₁ (A) < I₂ (A)

Tính tỉ số U/I của mỗi đoạn dây dẫn và rút ra nhận xét.

Tỉ số U/I giá trị xác định.

Câu hỏi:

Cần đặt vào hai đầu đoạn dây dẫn một hiệu điện thế bằng bao nhiêu để cường độ dòng điện trong dây dẫn lớn gấp 2 lần cường độ dòng điện khi hiệu điện thế là 1,2 V?

Hướng dẫn giải :

Sử dụng tỉ số U/I = const của mỗi đoạn dây dẫn và vận dụng để giải bài tập được nêu.

Lời giải chi tiết :

Ta có: \(\frac{U}{I} = \,const = > \,\frac{{{U_1}}}{{{U_2}}}\, = \,\frac{{{I_1}}}{{{I_2}}}\,\)

Thay số, ta được: \(\frac{U}{{1,2}}\, = \,2 = > \,U\, = \,\,2.2,4\, = \,\,4,8\,\Omega \,.\)

Câu hỏi:

Tác dụng cản trở dòng điện của đoạn dây dẫn x lớn gấp 2 lần đoạn dây dẫn y. Nếu hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn dây dẫn x là U_x = 1,2 V thì cần đặt vào hai đầu đoạn dây dẫn y một hiệu điện thế U_y bằng bao nhiêu? Biết rằng, cường độ dòng điện trong hai đoạn dây dẫn là như nhau.

Hướng dẫn giải :

Sử dụng định luật Ohm và vận dụng kĩ năng tính toán để giải bài tập được nêu.

Lời giải chi tiết :

Ta có: U_x = 1,2 V; R_x = 2R_y; I_x = I_y

Nên \({I_x}\, = \,{I_y}\, < = > \,\frac{{{U_x}}}{{{R_x}}}\, = \,\frac{{{U_y}}}{{{R_y}}}\,\, = > \,\,{U_y}\, = \,\,{R_y}\frac{{{U_x}}}{{{R_x}}}\,\, = \,\frac{{{U_x}}}{2}\,\)

Thay số vào ta được: \({U_y}\, = \,\,\frac{{1,2}}{2}\, = \,0,6\,\,V.\,\)

Câu hỏi:

Điện trở của đoạn dây dẫn phụ thuộc vào các yếu tố nào? Căn cứ nào giúp em đưa ra dự đoán đó?

Hướng dẫn giải :

Dựa vào nhiều thí nghiệm đo điện trở của những đoạn dây dẫn có kích thước, hình dạng, vật liệu khác nhau thì thấy điện trở khác nhau.

Lời giải chi tiết :

Từ nhiều thí nghiệm đo điện trở của những đoạn dây dẫn có kích thước, hình dạng giống hệt nhau nhưng làm bằng vật liệu khác nhau cho thấy chúng có điện trở khác nhau. Như vậy, điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào vật liệu làm dây dẫn.

Từ nhiều thí nghiệm đo điện trở của những đoạn dây dẫn có chất liệu, hình dạng giống hệt nhau nhưng kích thước khác nhau cho thấy chúng có điện trở khác nhau. Như vậy, điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào kích thước của dây dẫn.

Từ nhiều thí nghiệm đo điện trở của những đoạn dây dẫn có chất liệu, kích thước giống hệt nhau nhưng hình dạng khác nhau cho thấy chúng có điện trở khác nhau. Như vậy, điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào hình dạng của dây dẫn.

Câu hỏi:

Trong thực tế, nên dùng dây dẫn điện đồng hay nhôm? Vì sao?

Hướng dẫn giải :

Sử dụng công thức tính điện trở \(R = \,\rho \frac{l}{S}\) để rút ra được điện trở tỉ lệ thuận với bản chất dây dẫn (điện trở suất), chiều dài dây dẫn (l) và tỉ lệ nghịch với tiết diện dây dẫn (S). Từ đó học sinh vận dụng để giải thích câu hỏi được nêu.

Lời giải chi tiết :

Điện trở tỉ lệ thuận với bản chất dây dẫn (điện trở suất), vì vậy để làm giảm khả năng cản trở dòng điện của dây dẫn thì cần giảm điện trở suất. Điện trở suất của đồng < điện trở suất của nhôm, nên trong thực tế ta nên dùng dây dẫn bằng đồng.

Câu hỏi:

1. Đề xuất phương án thí nghiệm để kiểm tra sự phụ thuộc của điện trở vào chiều dài và tiết diện của đoạn dây dẫn.

2. Dựa vào bảng 7.3, tính điện trở của đoạn dây nicrom dài 0,5 m và có tiết diện 1 mm².

Hướng dẫn giải :

Dựa vào kiến thức thực tế của bản thân và định luật Ohm

Lời giải chi tiết :

1. Phương án thí nghiệm trong SGK

2. \(R = \,\rho \frac{l}{S}\)

Câu hỏi:

1. Tính chiều dài của đoạn dây đồng có đường kính tiết diện 0,5 mm, điện trở 20 Ω ở nhiệt độ 20 °C.

2. Hình 7.4a là một biến trở được sử dụng trong các thiết bị điện gia đình. Khi xoay trục điều khiển sẽ thay đổi được chiều dài của đoạn dây dẫn có dòng điện chạy qua, nhờ đó thay đổi được điện trở của biến trở. Giả sử chiếc đèn ở hình 7.1 sử dụng biến trở trên và được mắc như hình 7.4c. Hãy vẽ sơ đồ mạch điện của đèn và trả lời câu hỏi ở đầu bài học.

Hình 7.4. Ảnh chụp biến trở (a), sơ đồ cấu tạo biến trở (b), kí hiệu biến trở (c)

Hướng dẫn giải :

Sử dụng công thức tính điện trở \(R = \,\rho \frac{l}{S}\) để tính giá trị điện trở bài 2. Sau đó, dựa vào hình 7.1 và hình 7.4 để vẽ lại sơ đồ mạch điện của đèn, từ đó trả lời câu hỏi vì sao có thể điều chỉnh được độ sáng của chiếc đèn pin trong hình 7.1 bằng cách vặn núm xoay? (dựa vào biến trở)

Lời giải chi tiết :

1.

Ta có: \(\rho = \,1,{7.10^{ - 8}}\,\Omega m\) ; R = 20 Ω;

\(S = \,\pi {r^2} = \,\pi {(\frac{d}{4})^2}\, = \,\pi {(\frac{{0,{{5.10}^{ - 3}}}}{4})^2}\, \approx \,{5.10^{ - 8}}\,{m^2}\)

Chiều dài của đoạn dây đồng: \(R = \,\rho \frac{l}{S}\,\, = > \,l\, = \,\frac{{RS}}{\rho }\)

Thay số: \(\,l\, = \,\frac{{RS}}{\rho }\, = \,\frac{{{{20.5.10}^{ - 8}}}}{{1,{{7.10}^{ - 8}}}}\, \approx \,\,58,8\,m\)

2.

Khi vặn núm xoay, tức là đang điều chỉnh giá trị của điện trở R, khi R thay đổi thì I cũng thay đổi (tỉ lệ nghịch – Định luật Ohm), vì thế có thể điều chỉnh được độ sáng của chiếc đèn pin trong hình 7.1 bằng cách vặn núm xoay.

Sơ đồ mạch điện của đèn.

Câu hỏi:

Để làm giảm khả năng cản trở dòng điện của dây dẫn điện dùng trong gia đình:

a) nên chọn dây dẫn nhôm hay dây dẫn đồng? Vì sao?

b) với cùng một loại dây, nên chọn dây có tiết diện nhỏ hay lớn? Vì sao?

Hướng dẫn giải :

Sử dụng công thức tính điện trở \(R = \,\rho \frac{l}{S}\) để rút ra được điện trở tỉ lệ thuận với bản chất dây dẫn (điện trở suất), chiều dài dây dẫn (l) và tỉ lệ nghịch với tiết diện dây dẫn (S). Từ đó học sinh vận dụng để giải thích câu hỏi được nêu.

Lời giải chi tiết :

a) Điện trở tỉ lệ thuận với bản chất dây dẫn (điện trở suất), vì vậy để làm giảm khả năng cản trở dòng điện của dây dẫn thì cần giảm điện trở suất. Điện trở suất của đồng < điện trở suất của nhôm, nên chọn dây dẫn bằng đồng.

b) Điện trở tỉ lệ nghịch với tiết diện dây dẫn (S), vì vậy để làm giảm khả năng cản trở dòng điện của dây dẫn thì cần tăng tiết diện dây dẫn. Với cùng một loại dây, ta nên chọn dây có tiết diện lớn hơn.

Câu hỏi:

Trong thực tế, giá trị của điện trở sử dụng trong các mạch điện tử được thể hiện bằng các vạch màu. Cách đọc giá trị điện trở 4 vạch màu như sau.

• Vạch màu thứ nhất là giá trị hàng chục trong giá trị điện trở.

• Vạch màu thứ hai là giá trị hàng đơn vị trong giá trị điện trở.

• Vạch màu thứ ba là giá trị luỹ thừa của cơ số 10 trong hệ số nhân của giá trị điện trở.

• Vạch màu thứ tư là giá trị sai số của điện trở.

• Giá trị điện trở = (vạch 1) (vạch 2) x 10(luỹ thừa vạch 3) + sai số.

Với điện trở ở hình bên, vạch 1 màu xanh lá cây ứng với hàng chục là 5, vạch 2 màu xanh da trời ứng với hàng đơn vị là 6. Vạch 3 màu vàng ứng với lũy thừa 4 tức là nhân với 10° 2 hoặc có thể viết theo cột hệ số là nhân với 10 kΩ. Vạch 4 màu nhũ vàng ứng với sai số 5%. Vì vậy giá trị điện trở đó là 56.10° Ω ± 5%.

Điện trở có giá trị 15 Ω ± 5% thì các màu phân bố trên thân của điện trở từ trái sang phải như thế nào?

Hướng dẫn giải :

Dựa vào lí thuyết cách đọc giá trị điện trở 4 vạch màu đã cung cấp phía trên, từ đó vận dụng để đưa ra câu trả lời.

Lời giải chi tiết :

Điện trở có giá trị 15 Ω ± 5%

• Vạch màu thứ nhất là giá trị hàng chục trong giá trị điện trở: 1 – Nâu

• Vạch màu thứ hai là giá trị hàng đơn vị trong giá trị điện trở: 5 – Xanh lá cây

• Vạch màu thứ ba là giá trị luỹ thừa của cơ số 10 trong hệ số nhân của giá trị điện trở: 0 – Đen

• Vạch màu thứ tư là giá trị sai số của điện trở: Nhũ vàng

• Giá trị điện trở = (vạch 1) (vạch 2) x 10(luỹ thừa vạch 3) + sai số

= 15.10° Ω ± 5% = 15 Ω ± 5%

= Nâu - Xanh lá cây – Đen – Nhũ vàng