Bài 8. Đoạn mạch nối tiếp trang 45, 46, 47 Khoa học tự nhiên 9 Cánh diều: Vì sao các đèn LED trong đoạn mạch điện trang trí như hình 8.1 có thể đồng loạt thay đổi độ sáng?...

Câu hỏi:

Vì sao các đèn LED trong đoạn mạch điện trang trí như hình 8.1 có thể đồng loạt thay đổi độ sáng?

Hình 8.1. Các đèn LED trang trí

Hướng dẫn giải :

Dựa vào nhận xét của mạch nối tiếp, tại bất kì điểm nào của đoạn mạch chỉ có một dây dẫn đi qua và vận dụng kiến thức đã có để giải thích tình huống trên.

Lời giải chi tiết :

Đèn LED trong đoạn mạch điện trang trí có thể đồng loạt thay đổi độ sáng thông qua việc kết nối chúng trong một đoạn mạch nối tiếp.

Đặc điểm chính của đoạn mạch nối tiếp là dòng điện chạy qua mỗi thành phần theo cùng một đường dây. Khi áp dụng điện áp lên đoạn mạch này, dòng điện chảy qua tất cả các đèn LED liên tiếp. Điều này cho phép các đèn LED phản ứng đồng thời với sự thay đổi của điện áp hoặc dòng điện.

Nếu có một thành phần trong đoạn mạch nối tiếp bị thay đổi, như việc điều chỉnh điện trở hoặc áp dụng một biến áp điều chỉnh, dòng điện chảy qua tất cả các đèn LED sẽ bị ảnh hưởng. Điều này dẫn đến việc các đèn LED có thể đồng loạt thay đổi độ sáng, vì chúng chia sẻ dòng điện chung trong mạch.

Câu hỏi:

Vẽ vào vở sơ đó hình 8.3 khi đóng công tắc và biểu diễn chiều dòng điện trong mạch.

Hướng dẫn giải :

Vẽ sơ đồ điện khi đóng công tắc và biểu diễn chiều dòng điện theo quy ước đi từ cực dương sang cực âm.

Lời giải chi tiết :

Câu hỏi:

Với mạch điện hình 8.2, nếu một đèn trong mạch bị đứt dây tóc và không sáng, đèn còn lại có sáng không? Vì sao?

Hướng dẫn giải :

Dựa vào nhận xét của mạch nối tiếp, tại bất kì điểm nào của đoạn mạch chỉ có một dây dẫn đi qua và vận dụng kiến thức đã có để giải thích tình huống trên.

Lời giải chi tiết :

Trong mạch nối tiếp, nếu một đèn trong mạch bị đứt dây tóc và không sáng, phần dây ở đó sẽ bị hở, nên bóng còn lại không sáng được.

Câu hỏi:

Vẽ sơ đồ mạch điện gồm một nguồn điện, công tắc mở, một bóng đèn và một điện trở mắc nối tiếp.

Hướng dẫn giải :

Phân tích yêu cầu đề bài, bao gồm: một nguồn điện, công tắc mở, một bóng đèn và một điện trở mắc nối tiếp, sau đó học sinh vẽ mạch điện với các kí hiệu tương ứng.

Lời giải chi tiết :

Câu hỏi:

Dòng điện trong kim loại là dòng các electron chuyển dời ngược chiều dòng điện. Trong đoạn mạch MN hình 8.4, các electron dịch chuyển qua các điện trở và các ampe kế theo chiều từ N tới M. Căn cứ vào đó, hãy dự đoán mối liên hệ của cường độ dòng điện tại các điểm khác nhau trong đoạn mạch nối tiếp.

Hướng dẫn giải :

Dòng điện trong kim loại là dòng các electron chuyển dời ngược chiều dòng điện. Trong đoạn mạch MN hình 8.4, các electron dịch chuyển qua các điện trở và các ampe kế theo chiều từ N tới M. Căn cứ vào đó, ta thấy cường độ dòng điện tại các điểm khác nhau trong đoạn mạch nối tiếp sẽ như nhau.

Lời giải chi tiết :

\(I\, = \,{I_1}\, = \,{I_2}\, = \,{I_3}\, = ... = {I_n}\)

Câu hỏi:

Cho mạch điện gồm hai điện trở R₁ và R₂ mắc nối tiếp. Biết R₁ = 3 Ω, R₂ = 6 Ω, hiệu điện thế giữa hai đầu R₁ là U₁ = 3 V. Xác định cường độ dòng điện chạy qua R₂.

Hướng dẫn giải :

Sử dụng công thức tính định luật Ohm, cường độ dòng điện trong mạch nối tiếp để xác định cường độ dòng điện chạy qua R₂.

Lời giải chi tiết :

Theo định luật Ohm, ta có: \({I_1} = \,\frac{{{U_1}}}{{{R_1}}}\, = \,\frac{3}{3}\, = 1\,A\)

mà \(I\, = \,{I_1}\, = \,{I_2}\,\)(mắc nối tiếp) => I₁ = 1 A.

Câu hỏi:

• Từ số liệu thí nghiệm, rút ra nhận xét về mối liên hệ của các giá trị cường độ dòng điện tại các điểm trong đoạn mạch nối tiếp.

Hướng dẫn giải :

Từ số liệu thí nghiệm, nguồn 1 pin thì \(I\, = \,{I_1}\, = \,{I_2}\, = \,0,5\,A\), nguồn 2 pin thì \(I\, = \,{I_1}\, = \,{I_2}\, = \,0,9\,A\), rút ra mối liên hệ của các giá trị cường độ dòng điện tại các điểm trong đoạn mạch nối tiếp là bằng nhau.

Lời giải chi tiết :

Cường độ dòng điện tại các điểm trong đoạn mạch nối tiếp có giá trị bằng nhau.

\(I\, = \,{I_1}\, = \,{I_2}\, = \,{I_3}\, = ... = {I_n}\)

Câu hỏi:

Dựa vào kiến thức đã biết về dòng điện và điện trở, lập luận để so sánh độ lớn điện trở tương đương của đoạn mạch nối tiếp với độ lớn của mỗi điện trở thành phần.

Hướng dẫn giải :

Dựa vào kiến thức đã biết về dòng điện và điện trở (Điện trở tương đương của đoạn mạch là điện trở thay thế cho đoạn mạch này, sao cho với cùng hiệu điện thế thì cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch vẫn có giá trị như trước.

Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện. Vì mọi điện trở đều có tác dụng cản trở dòng điện nên dòng chuyển dời này sẽ bị cản trở khi di chuyển qua mỗi điện trở.) từ đó, lập luận độ lớn điện trở tương đương của đoạn mạch nối tiếp lớn hơn độ lớn của mỗi điện trở thành phần.

Lời giải chi tiết :

Khi đi qua nhiều điện trở hơn thì dòng chuyển dời này sẽ bị cản trở nhiều hơn khiến cho điện trở tương đương R của đoạn mạch gồm các điện trở mắc nối tiếp sẽ lớn hơn mỗi điện trở thành phần.

Câu hỏi:

Cho ba điện trở R₁ = 3 Ω, R₂ = 4 Ω và R₃ = 6 Ω. Tính điện trở tương đương của đoạn mạch gồm ba điện trở này mắc nối tiếp.

Hướng dẫn giải :

Sử dụng công thức tính điện trở tương đương trong đoạn mạch nối tiếp \({R_{td}}\, = \,{R_1}\, + \,{R_2}\, + \,{R_3}\, + ... + {R_n}\).

Lời giải chi tiết :

\({R_{td}}\, = \,{R_1}\, + \,{R_2}\, + \,{R_3}\); Thay số: \({R_{td}}\, = \,3\, + \,4\, + \,6\, = \,10\,\,\Omega \).

Câu hỏi:

1. Một mạch điện gồm hai điện trở R₁ = 30 Ω và R₂ = 60 Ω được mắc nối tiếp vào nguồn điện. Hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch là 12 V.

a) Tính cường độ dòng điện chạy qua mỗi điện trở.

b) Tính hiệu điện thế giữa hai đầu mỗi điện trở.

2. Biết rằng dây đèn trang trí trong hình 8.1 là một mạch điện gồm các đèn mắc nối tiếp. Hãy trả lời câu hỏi được đặt ra ở hoạt động mở đầu.

Hướng dẫn giải :

Sử dụng công thức tính điện trở tương đương, định luật Ohm, cường độ dòng điện trong mạch nối tiếp để xác định các trị yêu cầu cần tính.

Lời giải chi tiết :

1.

a) \({R_{td}}\, = \,{R_1}\, + \,{R_2}\, = \,30\, + \,60\, = \,90\,\,\Omega \)

Theo định luật Ohm, ta có: \(I = \,\frac{U}{{{R_{td}}}}\, = \,\frac{{12}}{{90}}\, \approx 0,133\,A\)

=> \(I\, = \,{I_1}\, = \,{I_2}\, = \,0,133\,A.\)

b) \({U_1}\, = \,{I_1}{R_1}\, = \,\,0,133.30\, = \,4\,\,V.\); \({U_2}\, = \,{I_2}{R_2}\, = \,\,0,133.60\, = \,8\,\,V.\)

2. Đèn LED trong đoạn mạch điện trang trí có thể đồng loạt thay đổi độ sáng thông qua việc kết nối chúng trong một đoạn mạch nối tiếp.

Đặc điểm chính của đoạn mạch nối tiếp là dòng điện chạy qua mỗi thành phần theo cùng một đường dây. Khi áp dụng điện áp lên đoạn mạch này, dòng điện chảy qua tất cả các đèn LED liên tiếp. Điều này cho phép các đèn LED phản ứng đồng thời với sự thay đổi của điện áp hoặc dòng điện.

Nếu có một thành phần trong đoạn mạch nối tiếp bị thay đổi, như việc điều chỉnh điện trở hoặc áp dụng một biến áp điều chỉnh, dòng điện chảy qua tất cả các đèn LED sẽ bị ảnh hưởng. Điều này dẫn đến việc các đèn LED có thể đồng loạt thay đổi độ sáng, vì chúng chia sẻ dòng điện chung trong mạch.

Câu hỏi:

Nêu tác dụng của cầu chì và từ đó cho biết cầu chì được mắc như thế nào với các thiết bị điện cần được bảo vệ.

Hướng dẫn giải :

Tìm hiểu về cầu chì và tác dụng của chúng thông qua sách, báo, Internet và đưa ra được kết luận cho cách mắc cầu chì với các thiết bị điện cần được bảo vệ (mắc nối tiếp thì chỉ cần 1 thiết bị hỏng, đứt thì mạch hở, các thiết bị còn lại sẽ được an toàn).

Lời giải chi tiết :

Khi xảy ra đoản mạch hoặc cường độ dòng điện tăng quá mức thì dây chì trong cầu chì bị nóng chảy và đứt, làm ngắt mạch điện.

Cầu chì có tác dụng bảo vệ mạch điện.

Cầu chì được mắc nối tiếp với các thiết bị điện cần được bảo vệ.

Câu hỏi:

1. Sử dụng định luật Ohm và đặc điểm của cường độ dòng điện trong đoạn mạch nói tiếp, hãy chứng minh mối liên hệ giữa hiệu điện thế giữa các điểm MP, PN và MN trong mạch điện ở hình 8.4 là U_MN = U_MP + U_PN.

2. Xây dựng công thức xác định điện trở tương đương của đoạn mạch gồm n điện trở có giá trị R giống nhau mắc nối tiếp.

Hướng dẫn giải :

Sử dụng định luật Ohm và đặc điểm của cường độ dòng điện trong đoạn mạch nối tiếp và vận dụng kĩ năng toán học, từ đó chứng minh mối liên hệ giữa hiệu điện thế giữa các điểm MP, PN và MN trong mạch điện ở hình 8.4 là U_MN = U_MP + U_PN.

Xây dựng công thức xác định điện trở tương đương của đoạn mạch gồm n điện trở có giá trị R giống nhau mắc nối tiếp khi biết mạch có 2 điện trở thì điện trở tương đương được xác định bằng công thức: \({R_{td}}\, = \,{R_1}\, + \,{R_2}\,\)

Lời giải chi tiết :

1.

Theo định luật Ohm \(I = \,\frac{U}{R}\, = > \,U = \,IR.\)

=> \({U_{MN}} = \,I.{R_{td}}\, = \,I.({R_1}\, + \,{R_2}) = \,I.{R_1}\, + \,I.{R_2}\);

\({U_{NP}} = \,{I_2}{R_2}\); \({U_{MP}} = \,{I_1}{R_1}\)

Mà \(I\, = \,{I_1}\, = \,{I_2}\) => \({U_{MN}} = \,\,{I_1}.{R_1}\, + \,{I_2}.{R_2}\, = \,{U_{MP}}\, + \,{U_{PN}}\) (đpcm).

2.

Công thức xác định điện trở tương đương của đoạn mạch gồm n điện trở có giá trị R giống nhau mắc nối tiếp: \({R_{td}}\, = \,{R_1}\, + \,{R_2}\, + \,{R_3}\, + ... + {R_n}\).