Giải chi tiết Vật lí 11 cánh diều mới bài 1: Cường độ dòng điện

KHỞI ĐỘNG

Câu hỏi: Muốn truyền năng lượng điện từ nơi này đến nơi khác người ta dùng dây dẫn để truyền dòng diện. Với một đường dây dẫn iện, năng lượng điện truyền trên dây càng lớn, dòng diện chạy trong dây càng mạnh. Tác dụng mạnh yếu của dòng điện được đặc trưng bằng đại lượng nào?

Hướng dẫn trả lời:

Tác dụng mạnh yếu của dòng điện được đặc trưng bằng đại lượng là cường độ dòng điện.

I. CHUYỂN ĐỘNG CÓ HƯỚNG CỦA HẠT MANG ĐIỆN

Câu hỏi 1: Các hạt mang điện trong kim loại có đặc điểm gì?

Hướng dẫn trả lời: 

Các hạt mang điện trong kim loại là các electron tự do chuyển động nhiệt hỗn loạn.

Câu hỏi 2: Tại sao các electron trong dây dẫn kim loại chuyển động có hướng khi nối dậy dẫn với nguồn điện? So sánh chiều chuyển động thành dòng của các electron trong kim loại với chiều dòng điện quy ước chạy qua dây dẫn.

Hướng dẫn trả lời: 

- Khi nối dây dẫn với nguồn điện, có một hiệu điện thế đặt vào hai đầu kim loại, nguồn điện tác dụng lực lên các electron dẫn làm chúng vừa chuyển động hỗn loạn vừa di chuyển theo chiều từ cực âm hướng về cực dương.

- Chiều chuyển động thành dòng của các electron trong kim loại ngược với chiều dòng điện quy ước chạy qua dây dẫn.

+ Chiều của dòng điện quy ước chạy qua dây dẫn là chiều từ cực dương của nguồn điện đang tạo ra dòng điện, qua dây dẫn đến cực âm của nguồn điện.

+ Chiều của các electron là chiều từ cực âm đến cực dương.

2. Hạt mang điện chuyển động trong dung dịch chất điện phân

Câu hỏi 3: Tại sao các ion mang điện tích trái dấu chuyển động ngược chiều nhau?

Hướng dẫn trả lời: 

Các ion mang điện tích trái dấu chuyển động ngược chiều nhau vì dưới tác dụng của điện trường do nguồn điện tạo ra, ion dương bị hút về phía cực âm nên sẽ chuyển động cùng chiều điện trường đi về phía cực âm, ion âm bị hút về phía cực dương nên chuyển động ngược chiều điện trường đi về phía cực dương.

Câu hỏi 4: Dòng điện có thể chạy qua nước sông, nước máy không? Tại sao?

Hướng dẫn trả lời: 

Dòng điện hoàn toàn có thể chạy qua nước sông, nước máy vì trong nước sông, nước máy có lẫn rất nhiều các hạt mang điện, các ion kim loại, ….

II CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN

Luyện tập 1: Kể tên một số thiết bị điện. Thiết bị này hoạt động dựa trên tác dụng nào của dòng điện? Thiết bị này hoạt động mạnh khi nào?

Hướng dẫn trả lời:

Một số thiết bị điện thông dụng bao gồm:

1. Bóng đèn: Thiết bị này hoạt động dựa trên tác dụng của dòng điện làm nóng sợi dây kim loại trong bóng đèn, tạo ra ánh sáng.

2. Quạt: Thiết bị này hoạt động dựa trên tác dụng của dòng điện để tạo ra từ trường, kéo quạt quay.

3. Tivi: Thiết bị này hoạt động dựa trên tác dụng của dòng điện để kích hoạt các điểm ảnh trên màn hình, tạo ra hình ảnh và âm thanh.

4. Tủ lạnh: Thiết bị này hoạt động dựa trên tác dụng của dòng điện để làm mát, tạo ra nhiệt độ lạnh để bảo quản thực phẩm.

Luyện tập 2: Nối hai đầu một đèn sợi đốt vào hai cực của một viên pin.

• Chiều và cường độ dòng điện qua đèn có thay đổi theo thời gian không?
• Cho biết trong 4 s có điện lượng 2 C chạy qua đèn. Xác định cường độ dòng điện chạy qua đèn.

Hướng dẫn trả lời:

- Chiều và cường độ dòng điện qua đèn không thay đổi theo thời gian.

- Cường độ dòng điện chạy qua đèn: $I=\frac{q}{t}=\frac{2}{4}=0,5A$

Thực hành: Cho các dụng cụ: 01 đồng hồ đo điện đa năng, 01 pin 1,5 V, 01 biến trở 100 Ω, 01 bóng đèn sợi đốt loại 1,5V, dây điện, công tắc, bảng để lắp mạch điện.

Thực hiện thí nghiệm minh hoạ cường độ dòng điện đặc trưng cho tác dụng mạnh yếu của dòng điện.

Hướng dẫn trả lời:

Với các dụng cụ thí nghiệm trên ta có thể đưa ra phương án như sau:

Mắc các thiết bị đã cho thành sơ đồ mạch điện như hình vẽ dưới đây:

Thực hiện thí nghiệm: Thay đổi điện trở của biến trở bằng cách di chuyển con chạy sẽ thấy đèn sáng mạnh yếu khác nhau vì điện trở của toàn mạch đã bị thay đổi dẫn đến cường độ dòng điện qua đèn thay đổi.

Tìm hiểu thêm: Dòng điện không đổi là dòng điện một chiều. Nhưng ngược lại thì không đúng. Có những dòng điện không đổi chiều nhưng lại có cường độ thay đổi, ví dụ như xung điện một chiều trong vật lí trị liệu. Hãy tìm hiểu thêm về đặc điểm của xung điện một chiều.

Hướng dẫn trả lời:

Các đặc trưng của dòng điện xung.
– Hình dạng xung: thường dùng 3 loại hình thể là xung tam giác, xung chữ nhật, và xung hình sin. Ngoài ra còn có các xung cải biên như: xung hình thang, hình lưỡi cày, exponentiel… Hình dạng xung khác nhau thì mức độ tác dụng kích thích hay ức chế cũng khác nhau.

Dòng điện một chiều đều có tác dụng tại chỗ –  nơi đặt điện cực, tác dụng toàn thân – xa nơi đặt điện cực. Đồng thời nó có tác dụng ngay lập tức khi có dòng điện đi qua và tác dụng muộn kéo dài vài giờ sau khi ngừng điều trị.

Tác dụng sinh lí của dòng xung điện

- Tác dụng ức chế: giảm đau và giảm trương lực cơ.

- Tác dụng kích thích thần kinh cơ.

Luyện tập 3: Dòng điện chạy qua một dây dẫn bằng kim  loại có cường độ là 1 A. Tính số electron dịch chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn này trong khoảng thời gian 1 s

Hướng dẫn trả lời:

Số electron dịch chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn là: $n=\frac{q}{e}=\frac{It}{e}=\frac{1.1}{1,6.10^{-19}}=6,5.10^{18}$ electron

Câu hỏi vận dụng: Đoạn dây đồng có tiết diện thẳng 5.10⁻⁶m², mật độ electron dẫn 8,5.10²⁸/m³ và đang có cường độ dòng điện 1 A chạy qua. Tính tốc độ dịch chuyển có hướng của electron trong đoạn dây này. Giải thích tại sao tốc độ dịch chuyển có hướng rất nhỏ của electron

Hướng dẫn trả lời:

Tốc độ dịch chuyển có hướng: $v=\frac{I}{Sne}=\frac{1}{5.10^{-6}.8,5.10^{28}.1,6.10^{-19}}=14,71.10^{-6}$ (m/s)

Tốc độ dịch chuyển có hướng của electron rất nhỏ vì mật độ các electron rất lớn, bên cạnh đó trong quá trình dịch chuyển sẽ gặp phải các hạt mang điện dương, chúng sẽ tương tác với nhau.