Giải chi tiết Vật lí 11 cánh diều mới bài 2: Điện trở

Câu hỏi 3: Sử dụng biểu thức liên hệ (2.1) để chứng minh, ở nhiệt độ xác định, đường đặc trưng I – U là một đoạn thẳng.

Hướng dẫn trả lời: 

Ở một nhiệt độ xác định thì $R=\frac{U}{I}$, ta có thể thấy U và I có mối quan hệ tỉ lệ thuận với nhau nên đồ thị biểu diễn của U theo I có dạng là một đường thẳng đi qua gốc toạ độ. Hay nói cách khác, ở nhiệt độ xác định đường đặc trưng I – U là một đoạn thẳng.

Luyện tập 2: Vẽ phác trên cùng một đồ thị và thảo luận về hai đường đặc trưng I - U của hai vật dẫn kim loại ở nhiệt độ xác định. Hai vật dẫn có điện trở là R₁ và R₂ với R₁ > R₂

Hướng dẫn trả lời:

Ta có: $R=\frac{U}{I}$ nên có thể vẽ như sau: Giả sử U₁ = U₂ mà R₁ > R₂ thì I₁ < I₂.

Suy ra độ dốc của đường đặc trưng ứng với R₁ nhỏ hơn so với độ dốc của đường đặc trưng ứng với R₂.

Luyện tập 3: Vẽ phác đường đặc trưng I – U của điện trở rất nhỏ (vật dẫn điện rất tốt) và điện trở rất lớn (vật cách điện rất tốt).

Hướng dẫn trả lời: 

Gọi điện trở của vật dẫn điện rất tốt là R₁

Điện trở của vật cách điện rất tốt là R₂

Khi đó R₁ < R₂ nên ta có đồ thị như sau

Luyện tập 4: Vẽ phác đường đặc trưng I - U của vật dẫn kim loại có điện trở 10 Ω.

Hướng dẫn trả lời: 

Sử dụng công thức $R=\frac{U}{I}$. Với R = 10Ω

Chọn U₁ = 10V ⇒ I₁ = 1A

U₂ = 20V ⇒ I₂ = 2A

II. NGUYÊN NHÂN CHÍNH GÂY RA ĐIỆN TRỞ TRONG KIM LOẠI

Câu hỏi 4: Nguyên nhân chính gây ra điện trở trong kim loại là gì?

Hướng dẫn trả lời: 

Nguyên nhân chính gây ra điện trở là do trong quá trình chuyển động của các hạt mang điện, chúng va chạm với các ion nút mạng, các hạt mang điện trái dấu khác nên gây ra sự cản trở. Va chạm càng nhiều thì tốc độ dịch chuyển có hướng của các hạt mang điện càng giảm, dẫn đến dòng điện tạo thành càng nhỏ. Nghĩa là điện trở càng lớn.

Luyện tập 5: Sử dụng mô hình ion dương và electron tự do trong vật dẫn kim loại (Hình 2.6) hoặc mối liên hệ 1.4 ở Bài 1 để lập luận, đưa ra phán đoán về sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ.

Hướng dẫn trả lời: 

Khi nhiệt độ càng tăng, chuyển động nhiệt của các electron tự do và các ion trong mạng tinh thể càng mạnh dẫn đến sự va chạm càng nhiều, dẫn đến điện trở càng tăng. Từ đó đưa ra sự phán đoán về sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ như sau: nhiệt độ càng tăng thì điện trở của kim loại càng tăng.

Vận dụng: Sử dụng mô hình ở Hình 2.6 giải thích mối liên hệ giữa điện trở R và chiều dài 1, tiết diện thẳng S của vật dẫn kim loại:

$R=\rho\frac{l}{S}$

Trong đó ρ là điện trở suất của kim loại.

Hướng dẫn trả lời: 

Điện trở tỉ lệ thuận với chiều dài vật dẫn kim loại, điện trở suất của kim loại được sử dụng làm vật dẫn và tỉ lệ nghịch với tiết diện của vật dẫn kim loại. Cụ thể:

Khi chiều dài dây dẫn tăng dẫn đến sự dịch chuyển của electron bị cản trở nhiều hơn nên điện trở tăng.

Khi tiết diện tăng, cường độ dòng điện tăng nên điện trở giảm.

Khi điện trở suất tăng ( phụ thuộc bản chất kim loại làm vật dẫn) thì mật độ hạt tải điện giảm, điện trở tăng. 

III. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ LÊN ĐIỆN TRỞ

Câu hỏi 5: Khi nhiệt độ tăng thì điện trở của dây tóc bóng đèn sợi đốt thay đổi như thế nào?

Hướng dẫn trả lời: 

Nhiệt độ tăng thì điện trở của dây tóc bóng đèn sợi đốt càng tăng.

Câu hỏi 6: Khi nhiệt độ tăng thì điện trở của một điện trở nhiệt thay đổi như thế nào?

Hướng dẫn trả lời:

Điện trở nhiệt thuận (PTC): điện trở tăng khi nhiệt độ tăng.

Điện trở nhiệt ngược (NTC): điện trở giảm khi nhiệt độ tăng.