Giải chi tiết Khoa học tự nhiên 9 Cánh diều bài 7 Định luật Ohm. Điện trở

MỞ ĐẦU 

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

Bài làm chi tiết:

• Vặn theo chiều kim đồng hồ: tăng điện trở, giảm lượng điện năng chạy qua bóng đèn, làm cho đèn sáng yếu hơn. 
• Vặn ngược chiều kim đồng hồ: giảm điện trở, tăng lượng điện năng chạy qua bóng đèn, làm cho đèn sáng mạnh hơn.

I. TÁC DỤNG CẢN TRỞ DÒNG ĐIỆN CỦA ĐOẠN DÂY DẪN

Câu 1: 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.

Bài làm chi tiết: 

a) Làm thí nghiệm sau đó so sánh độ sáng của 2 đèn R1 và R2

b) Do điện trở khác nhau nên tác dụng cản trở khác nhau

II. MỐI LIÊN HỆ GIỮA CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN VÀ HIỆU ĐIỆN THẾ HAI ĐẦU ĐOẠN DÂY DẪN

Câu 1: 

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

b) Rút ra nhận xét vé 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 mỗi liên hệ đó bằng biểu thức toán học.

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

Bài làm chi tiết:

a) Tác dụng cản trở dòng điện của hai đoạn dây dẫn R1 và R2 có thể khác nhau.

Trong thí nghiệm 1, ta có thể nhận thấy:

+ Khi thay đổi điện trở R1, cường độ dòng điện I qua mạch cũng thay đổi.

+ Cụ thể, khi R1 tăng, I giảm và ngược lại. 

+ Điều này cho thấy R1 có tác dụng cản trở dòng điện, hay còn gọi là điện trở.

+ Điện trở của R2 cũng có thể ảnh hưởng đến I, nhưng mức độ ảnh hưởng phụ thuộc vào giá trị của R2 so với R1.

b) Biểu thức toán học: I = U/R

c) 

Dự đoán:

+ Cường độ dòng điện qua R1: I1 = U / R1

+ Cường độ dòng điện qua R2: I2 = U / R2

+ Vì R1 > R2 (theo thí nghiệm 1), I1 < I2.

Kiểm tra:

+ Tiến hành thí nghiệm với U = 2,2 V.

+ Đo cường độ dòng điện qua R1 và R2.

+ So sánh kết quả đo với dự đoán.

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

Bài làm chi tiết:

Biểu thức: I = U/R => I tăng 2 lần => U tăng 2 lần => U cần tìm = 2.4 V

III. ĐỊNH LUẬT OHM

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

Bài làm chi tiết:

Rx = 2Ry => Ux = 1/2Uy => Ux = 0,6V

IV. ĐIỆN TRỞ CỦA MỘT ĐOẠN DÂY DẪN

Câu 1: Điện trở của đoạn dây dẫn phụ thuộc vào các yếu tố nào? Căn cứ nào giúp em đưa ra dự đoán đó?

Bài làm chi tiết:

• Chiều dài sợi dây, do dây càng dài thì điện trở càng lớn
• Tiết diện sợi dây càng lớn thì điện trở càng nhỏ

Câu 2: Đề xuất phương án thí nghiệm để kiểm tra sự phụ thuộc của điện trở vào chiếu dài và tiết diện của đoạn dây dẫn.

Bài làm chi tiết:

Phương án thí nghiệm:

+ Chuẩn bị một đoạn dây dẫn với độ dày và chất liệu đồng đều. 

+ Sử dụng một máy đo điện trở để đo điện trở của đoạn dây dẫn ban đầu. 

+ Sử dụng một máy đo điện áp để đo hiệu điện thể qua đoạn dây dẫn khi điện áp được cung cấp vào hai đầu của đoạn dây dẫn. 

+ Tính toán cường độ dòng điện qua đoạn dây dẫn bằng công thức I = U/R (trong đó U là hiệu điện thể và R là điện trở). 

+ Giữ nguyên độ dày và chất liệu của đoạn dây dẫn, tăng chiếu dài của đoạn dây dẫn lên và lặp lại bước 2, 3 và 4 để tính toán cường độ dòng điện mới. 

+ So sánh cường độ dòng điện ban đầu với cường độ dòng điện sau khi tăng chiếu dài để xem xét sự thay đổi của điện trở. 

+ Lặp lại bước 5 với các giá trị khác nhau của chiếu dài để xác định mối quan hệ giữa điện trở và chiếu dài. 

+ Giữ nguyên chiếu dài và tăng tiết diện của đoạn dây dẫn lên, và lặp lại bước 2, 3 và 4 để tính toán cường độ dòng điện mới. 

+ So sánh cường độ dòng điện ban đầu với cường độ dòng điện sau khi tăng tiết diện để xem xét sự thay đổi của điện trở. 

+ Lặp lại bước 8 với các giá trị khác nhau của tiết diện để xác định mối quan hệ giữa điện trở và tiết diện.

Câu 3: Dựa vào bảng 72, tính điện trở của đoạn dảy nichrome dài 0,5 m và có tiết diện 1 mm².

Bài làm chi tiết:

R = p x l/S = 1.10 x 10^-6 x 0.5 /10^-6 = 0.55(Ω)

Câu 4: Tính chiều dài của đoạn dây đồng có đường kính tiết diện 0,5 mm, điện trở 20 Q ở nhiệt độ 20 °C.

Bài làm chi tiết:

• Điện trở suất của đồng ở nhiệt độ 20 °C là ρ = 1,72.10^(-8) Ωm.
• Đường kính tiết diện của dây đồng là d = 0,5 mm, bán kính là r = d/2 = 0,25 mm. 
• Tiết diện của dây đồng là S = πr² = 3,14 * (0,25 mm)² = 0,19625 mm².
• R = ρ * l / S => l = 202,54 m.

Vận dụng: 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?

Bài làm chi tiết:

a) Nên chọn dây dẫn đồng vì đồng có điện trở suất nhỏ hơn nhôm (điện trở suất của đồng là 1,68 × 10^(-8) Ωm, điện trở suất của nhôm là 2,82 × 10^(-8) Ωm). Do đó, với cùng một tiết diện, dây dẫn đồng sẽ dẫn điện tốt hơn (cản trở dòng điện ít hơn) so với dây dẫn nhôm.

b) Nên chọn dây có tiết diện lớn vì dây dẫn có tiết diện lớn sẽ giảm điện trở của dây dẫn, giúp cho dòng điện di chuyển dễ dàng hơn. Do đó, dây dẫn có tiết diện lớn sẽ giảm hao phí điện năng và tăng độ an toàn khi sử dụng.