Giải SGK Khoa học tự nhiên 9 Cánh diều Bài 7: Định luật Ohm. Điện trở có đáp án
14 câu hỏi
Vì sao có thể điều chỉnh được độ sáng của chiếc đèn pin trong hình 7.1 bằng cách vặn núm xoay?
Vì cấu tạo mạch điện trong đèn pin dùng biến trở, khi vặn núm xoay là thay đổi giá trị điện trở khi đó sẽ làm thay đổi giá trị cường độ dòng điện chạy trong mạch điện của đèn pin làm thay đổi độ sáng của đèn pin.
Thí nghiệm 1
Chuẩn bị
1 biến áp nguồn, 2 đoạn dây dẫn R1 và R2 khác nhau, 1 đèn (loại 3V), các dây nối, công tắc và bảng lắp mạch điện.
Tiến hành thí nghiệm và thảo luận
- Mắc mạch điện theo sơ đồ hình 7.2. Để nguồn ở mức 3 V.
- Đóng công tắc, quan sát độ sáng của đèn.
- Mở công tắc, thay đoạn dây dẫn R1 bằng đoạn dây dẫn R2. Đóng công tắc, quan sát độ sáng của đèn.
- So sánh độ sáng của đèn khi dùng R1 và khi dùng R2.
Độ sáng của đèn khi dùng R1 và khi dùng R2 là khác nhau.
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.
a. Giá trị cường độ dòng điện trong mạch khi dùng R1 và khi dùng R2 khác nhau do giá trị điện trở của R1 và R2 khác nhau.
b. Để chứng tỏ ta cần làm thí nghiệm.
Chuẩn bị
1 biến áp nguồn, 2 đoạn dây dẫn (nhôm, đồng), 1 đèn (loại 3V), các dây nối, công tắc và bảng lắp mạch điện.
Tiến hành thí nghiệm và thảo luận
- Mắc mạch điện theo sơ đồ hình 7.2. Để nguồn ở mức 3 V.
- Đóng công tắc, quan sát độ sáng của đèn.
- Mở công tắc, thay đoạn dây dẫn nhôm bằng đoạn dây dẫn đồng. Đóng công tắc, quan sát độ sáng của đèn.
Nhận xét: Độ sáng bóng đèn ở hai trường hợp dây dẫn khác nhau là khác nhau.
Kết luận: Các đoạn dây dẫn khác nhau có tác dụng cản trở dòng điện khác nhau.
Thí nghiệm 2
Chuẩn bị
1 biến áp nguồn, 2 đoạn dây dẫn R1 và R2 ở thí nghiệm 1, 1 ampe kế, 1 vôn kế, các dây nối, công tắc và bảng lắp mạch điện.
Tiến hành thí nghiệm và thảo luận
- Mắc mạch điện theo sơ đồ hình 7.3.
- Đóng công tắc K, điều chỉnh biến áp nguồn để vôn kế chỉ giá trị tương ứng với lần 1 trong bảng 7.1. Đọc số chỉ của ampe kế, ghi kết quả lần 1 theo mẫu bảng 7.1.
- Tiến hành tương tự với các lần tiếp theo ứng với các giá trị của hiệu điện thế trong bảng 7.1.
- Thay đoạn dây dẫn R1 bằng đoạn dây dẫn R2 và lặp lại các bước như với R1.
- 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 sốUI của mỗi đoạn dây dẫn và rút ra nhận xét.
- Với mỗi giá trị của hiệu điện thế, ta thấy:
+ khi U tăng ta thấy I ở cả hai trường hợp đều tăng.
+ I2 luôn lớn hơn I1.
- Tính tỉ sốUI của mỗi đoạn dây dẫn và nhận xét:
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
Lần | U (V) | I1 (A) | I2 (A) | UI2 | |
0,2 | 0,1 | 0,2 | 2 | 1 | |
2 | 0,4 | 0,2 | 0,4 | 2 | 1 |
3 | 0,8 | 0,4 | 0,8 | 2 | 1 |
4 | 1,6 | 0,8 | 1,6 | 2 | 1 |
5 | 3,2 | 1,6 | 3,2 | 2 | 1 |
Tỉ số UIcủa một đoạn dây dẫn không đổi và bằng hằng số.
Tỉ sốUI của các đoạn dây dẫn khác nhau là khác nhau.
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 mỗi liên hệ giữa cường độ dòng điện trong đoạn dây dẫn với hiệu điện thể 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.
a. Tác dụng cản trở dòng điện của hai đoạn dây dẫn R1 và R2 như trong thí nghiệm 1.
b. Cường độ dòng điện trong đoạn dây dẫn tăng lên khi hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn dây dẫn đó tăng lên.
Biểu thức toán học: I=UR
c)
- Dự đoán: Độ lớn của cường độ dòng điện chạy qua R1 nhỏ hơn qua R2.
- Kiểm tra bằng thí nghiệm:
+ Mắc mạch điện theo sơ đồ hình 7.3, sử dụng U = 2,2 V.
+ Đóng công tắc K, đọc số chỉ của ampe kế, ghi kết quả lần 1 theo mẫu bảng 7.1.
+ Tiến hành tương tự với các lần tiếp theo ứng với các giá trị của hiệu điện thế trong bảng 7.1.
+ Thay đoạn dây dẫn R1 bằng đoạn dây dẫn R2 và lặp lại các bước như với R1.
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?
Ta có, khi U tăng bao nhiêu lần thì I tăng bấy nhiêu lần nên để cường độ dòng điện trong dây dẫn lớn gấp 2 lần cường độ dòng điện khi hiệu điện thế là 1,2 V thì U cũng phải tăng lên gấp 2 lần.
Vậy cần đặt vào hai đầu đoạn dây dẫn một hiệu điện thế là U’ = 2 . U = 2,4 V
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 Ux = 1,2 V thì cần đặt vào hai đầu đoạn dây dẫn y một hiệu điện thế Uy bằng bao nhiêu để cường độ dòng điện trong hai đoạn dây dẫn là như nhau.
Ta có:
- Khi U tăng bao nhiêu lần thì I tăng bấy nhiêu lần và ngược lại, U giảm bao nhiêu lần thì I giảm bấy nhiêu lần.
- Cường độ dòng điện lớn khi điện trở nhỏ.
Nên để cường độ dòng điện trong hai đoạn dây dẫn là như nhau I1 = I2 mà Rx = 2Ry
Thì UxRx=UyRy⇒Uy=Ry.UxRx=Ux2=0,6V
Điện trở của đoạn dây dẫn phụ thuộc vào các yếu tố nào? Căn cứ nào giúp em đưa ra dự đoán đó?
- Điện trở của đoạn dây dẫn phụ thuộc vào: chiều dài sợi dây, vật liệu làm dây dẫn, tiết diện sợi dây.
- Căn cứ vào các thí nghiệm đo điện trở của những đoạn dây
+ Có chiều dài khác nhau, cùng làm từ một vật liệu và có tiết diện như nhau cho thấy chúng có điện trở khác nhau.
+ Có kích thước, hình dạng giống nhau nhưng làm bằng vật liệu khác nhau cho thấy chúng có điện trở khác nhau.
+ Có tiết diện khác nhau nhưng cùng chiều dài và vật liệu làm dây dẫn cho thấy chúng có điện trở khác nhau.
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.
* Phương án thí nghiệm để kiểm tra sự phụ thuộc của điện trở vào chiều dài:
- Đo điện trở của các dây dẫn có chiều dàil,2l,3l nhưng có tiết diện như nhau và được làm từ cùng một loại vật liệu.
- Mắc sơ đồ như hình vẽ:
- Xác định và ghi các giá trị I1 và R1 đối với các dây dẫn vào bảng dưới đây:
Thí nghiệm được tiến hành trong các lần đo với cùng một hiệu điện thế
Kết quả đo Lần thí nghiệm | Cường độ dòng điện (A) | Điện trở dây dẫnΩ |
Với dây dẫn dài l | I1 = | R1 = |
Với dây dẫn dài 2l | I2 = | R2 = |
Với dây dẫn dài 3l | I3 = | R3 = |
- Nhận xét: Điện trở của dây dẫn tỉ lệ thuận với chiều dài của dây.
* Phương án thí nghiệm để kiểm tra sự phụ thuộc của điện trở vào tiết diện của dây dẫn:
- Đo điện trở của các dây dẫn được làm từ cùng một vật liệu, có cùng chiều dài l, và tiết diện S nhưng chập sát chúng vào nhau để có thể coi thành 1 dây dẫn có các tiết diện S, 2S, 3S.
- Mắc mạch như sơ đồ dưới đây:
- Đóng công tắc, đọc và ghi các giá trị đo được vào bảng dưới đây, từ đó tính giá trị điện trở R1 của dây dẫn này.
- Thay dây dẫn tiết diện S trong mạch điện bằng dây dẫn có tiết diện 2S, 3S (có cùng chiều dài, được làm từ cùng vật liệu và có đường kính tiết diện là d2, d3). Làm tương tự như trên để xác định và ghi giá trị điện trở R2, R3 của dây dẫn thứ hai này vào bảng.
Thí nghiệm được tiến hành trong các lần đo với cùng một hiệu điện thế
Kết quả đo Lần thí nghiệm | Cường độ dòng điện (A) | Điện trở dây dẫn |
Với dây dẫn tiết diện S | I1 = | R1 = |
Với dây dẫn tiết diện 2S | I2 = | R2 = |
Với dây dẫn tiết diện 3S | I3 = | R3 = |
Nhận xét: Điện trở của dây dẫn tỉ lệ nghịch với tiết diện của dây.
Dựa vào bảng 7.2, tính điện trở của đoạn dây nichrome dài 0,5 m và có tiết diện 1 mm2.
Điện trở của đoạn dây nichrome dài 0,5 m và có tiết diện 1 mm2 là
R=ρlS=110.10−8.0,51.10−6=0,55Ω
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?
a. Để làm giảm khả năng cản trở dòng điện của dây dẫn điện dùng trong gia đình nên chọn dây dẫn đồng vì đồng có điện trở suất nhỏ hơn nhôm, cùng một tiết diện, dây đồng sẽ dẫn điện tốt hơn dây nhôm nên cản trở dòng điện ít hơn.
b. Với cùng một loại dây, nên chọn dây có tiết diện lớn vì tiết diện tỉ lệ nghịch với điện trở, tiết diện lớn thì điện trở của dây dẫn nhỏ, cản trở dòng điện ít, giúp giảm hao phí điện năng và tăng độ an toàn khi sử dụng.
Tính chiều dài của đoạn dây đồng có đường kính tiết diện 0,5 mm, điện trở 20Ωở nhiệt độ 20 °C.
Chiều dài của đoạn dây đồng có đường kính tiết diện 0,5 mm, điện trở 20 Ω ở nhiệt độ 20 °C là:
l=R.Sρ=R.π.d24ρ=20.π.0,5.10−3241,7.10−8=231 m
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 (đường chạy) 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 7.4 c. Hãy vẽ sơ đồ mạch điện của đèn và trả lời câu hỏi ở đầu bài học.
- Sơ đồ mạch điện của đèn:
- Khi vặn núm xoay là ta đang điều chỉnh giá trị của điện trở, khi điện trở thay đổi thì cường độ dòng điện trong mạch cũng thay đổi làm thay đổi độ sáng của đèn pin.
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 lũy 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 (lũy 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 104 Ωhoặc có thể viết theo cột hệ số là nhân với 10kΩ . Vạch 4 màu nhũ vàng ứng với sai số 5%. Vì vậy giá trị điện trở đó là56.104Ω±5% .
Điện trở có giá trị 15Ω±5%thì các màu phân bố trên thân của điện trở từ trái sang phải như thế nào?
Ta có: Giá trị điện trở = (vạch 1)(vạch 2) x 10 (lũy thừa vạch 3) ±sai số
=> Giá trị điện trở = 15Ω±5%= 15.100Ω±5%= (vạch màu nâu)(vạch màu xanh lá cây) x 10 (lũy thừa vạch màu đen) ±vạch màu nhũ vàng
=> Điện trở có giá trị 15Ω±5%thì các màu phân bố trên thân của điện trở từ trái sang phải tương ứng là màu nâu, màu xanh lá cây, màu đen, màu nhũ vàng.
